принцип работы, выбор и установка

Ярким представителем управляющей арматуры отопительных систем является терморегулятор для батареи, иначе – радиаторный клапан или термостатический вентиль. Как и прочие новинки в сфере отопления, он пришел к нам из Европы, причем почти сразу был внесен в государственные строительные нормы как обязательный элемент любой водяной системы обогрева. Соответственно, цель данной статьи – раскрыть принцип работы терморегулятора и подсказать пользователям, как его подобрать, установить и настроить в домашней системе отопления.

Для чего нужен терморегулятор

Правильно выбранные и установленные термостатические вентили позволяют не только экономить энергоносители, но и сильно упрощают жизнь домовладельцу в плане регулировки температуры в помещениях. Ведь с помощью котлов отопления можно менять обогрев всех комнат одновременно, увеличивая или уменьшая температуру теплоносителя. А вот регуляторы батарей отопления дают возможность нагревать помещения по-разному в зависимости от их назначения, что приносит немалую экономию энергоносителей.

Для справки. К большинству современных котлов можно подключить выносной терморегулятор отопления, чтобы управлять нагревом в автоматическом режиме. Но это не решает вопрос, поскольку теплоноситель с определенной температурой все равно будет поступать во все комнаты сразу.

Задача термостатического клапана – регулировать количество поступающего в радиатор теплоносителя в зависимости от температуры воздуха в помещении, автоматически ее поддерживая на том уровне, что установил пользователь. Главное, чтобы со стороны теплогенератора поступало достаточное количество нагретой воды, ведь терморегулятор для радиатора может только уменьшать ее расход, но не увеличивать.

О назначении радиаторных термоклапанов доступно рассказывается в следующем видео:

Устройство и принцип работы термостата

Любой автоматический радиаторный клапан состоит из 2 частей:

1. Термостатический вентиль с исполнительным механизмом перекрывания потока теплоносителя.
2. Термоголовка с управляющим элементом, реагирующим на изменение температуры воздуха.

Вентиль, изготавливаемый из латуни, имеет традиционный механизм с рабочим конусом, входящим в седло и таким способом уменьшающим его проходное сечение. Отличие от обычного ручного крана состоит в том, что конус прикреплен к нажимному штоку с пружиной, выходящему наружу. Нажатие на конец штока осуществляет второй элемент – термоголовка. Чем сильнее нажатие, тем меньше проходное сечение. Ниже на схеме показано устройство регулятора батареи отопления в сборе:

Внутри термостатической головки находится маленький герметичный контейнер, заполненный термочувствительной средой — жидкостью или газом. При нагревании эта среда расширяется, контейнер увеличивается и сильнее нажимает на шток, перекрывая поток теплоносителя. При охлаждении процесс идет в обратном направлении, в чем и заключается принцип работы термоголовки. Рукоятка регулировки с нанесенной шкалой механически ограничивает максимальное открывание клапана.

Важно. Установленный на батарею терморегулятор влияет только на расход теплоносителя, меняя его в ту или иную сторону. Термостат не является регулятором температуры воды, то есть, выполняет количественное регулирование, но не качественное.

Разновидности и выбор терморегуляторов

По исполнению радиаторные вентили делятся на 3 группы:

• прямые;
• угловые;
• в составе гарнитуры подключения отопительных приборов.

Если с прямыми и угловыми терморегуляторами все понятно, то о гарнитуре следует сказать отдельно. Она позволяет одновременно установить термостат на батарею и подключить ее к трубам, выходящим прямо из пола. Хотя цена подобной гарнитуры выйдет больше, чем традиционные подводки из труб, зато выглядеть подобное присоединение будет куда эстетичнее.

Гарнитура подключения радиатора со встроенным термостатом

Для двухтрубных систем с циркуляционным насосом отопления подойдет любой из перечисленных клапанов, вопрос заключается лишь в способе подключения отопительного прибора, а с технической точки зрения все они одинаковы. Другое дело – однотрубная схема, для нее лучше купить специальный регулятор температуры батареи с увеличенным проходным сечением седла. Такие терморегуляторы оказывают меньшее гидравлическое сопротивление, что хорошо видно на схеме:

Помимо клапанов, следует выбрать также и термоголовки для батарей, и тут сразу же рекомендация: клапан и головка должны быть от одного производителя, а стыковочные резьбы совпадать. Стандартная резьба на вентиле – М28 и М30. Вообще, выбор конструкций головок не слишком широк – кроме обычных элементов со встроенным сильфоном есть еще изделия с электронным блоком управления и дисплеем. Эти терморегуляторы – программируемые, их можно настраивать на поддержание различных температур в комнате в течение дня.

Совет. Выбирая программируемую термостатическую головку, помните, что она нуждается в электропитании от батарей или сети. Чтобы терморегулятор работал корректно, за наличием электропитания придется следить.

В тех случаях, когда планируется монтаж отопительных приборов за экранами либо окна комнаты предполагается завесить плотными шторами, обычные термоэлементы могут функционировать некорректно. Из-за слабого движения воздуха в районе радиатора температура за экраном и перед ним может отличаться на пару градусов, так что дополнительно к терморегулятору стоит купить выносной датчик с капиллярной трубкой.

Стоящий за экраном датчик посредством капиллярной трубки будет управлять термостатом, ориентируясь на правильную температуру в помещении. Существует и более продвинутая версия в виде выносного регулятора, который тоже присоединяется капиллярной трубкой. Но тут надо быть внимательнее: не ко всем вентилям такие термоголовки подходят, поэтому при выборе терморегулятора нужно консультироваться с продавцом.

Напоследок несколько слов о производителях радиаторных клапанов. Их появилось достаточно много, особенно китайских, чье качество более чем сомнительно. Однозначно рекомендуются к применению терморегуляторы следующих брендов, их надежность не подлежит сомнению:

• DANFOSS;
• HERZ ARMATUREN;
• OVENTROP.

Совет. Не следует покупать и устанавливать термостаты на все радиаторы в доме. Правило такое: чтобы обеспечить нормальное регулирование, в каждом помещении надо оснастить терморегуляторами только те батареи, чья суммарная мощность составляет 50% от общей и более. Простыми словами: при 2 отопителях в комнате вентиль надо ставить на одном (который больше), при 3 – на двух радиаторах и так далее.

Установка и настройка

Перед тем как купить и установить терморегулятор на батарею, надо убедиться, что ваш отопительный прибор не укомплектован клапаном с завода. Это касается стальных панельных радиаторов некоторых производителей, например, KERMI или HEIMEIER. Для них нужно приобрести только саму термостатическую головку с подходящей резьбой и вкрутить ее в соответствующее гнездо.

Настройка и установка терморегулятора на батареи своими руками не должна вызвать у вас больших сложностей. Вот несколько рекомендаций:

1. Вентиль всегда ставится только на подающем трубопроводе.
2. Соблюдайте направление потока, указанное в паспорте на изделие.
3. При монтаже используйте американки, дабы узел всегда можно было разобрать.
4. Положение клапана и головки, а также расстояния до ближайших конструкций указаны на схеме:

Если в терморегуляторе не предусматривается функция механической блокировки потока теплоносителя, то для обслуживания радиатора перед клапаном придется поставить дополнительный шаровой кран, как показано на схеме:

Монтаж термоголовки

Крепление элемента к корпусу вентиля осуществляется двумя способами – на резьбе или простым защелкиванием, как на изделиях фирмы DANFOSS. В любом случае сначала надо снять с буксы клапана защитный колпачок, затем рукоятку головки повернуть в положение «max» и вставить в гнездо до щелчка или же слегка подтянуть ключом (когда соединение – резьбовое). Если головка терморегулятора вращается нормально, то установка выполнена успешно.

Вентили некоторых производителей, а также все головки имеют функцию преднастройки. Это заблаговременное ограничение диапазона регулирования температур, которое реализуется в различных моделях по-разному. Например, терморегулятор HERZ ARMATUREN ограничивается с помощью специальных штифтов, в других изделиях прилагается ключ, фиксирующий головку в определенном положении.

Эксплуатационная настройка термостата батареи осуществляется рукояткой с нанесенной шкалой и цифрами (обозначениями). Как правило, диапазон плавной настройки составляет 16—28 °С, а в положении «*» клапан станет поддерживать температуру воздуха 6—7 °С, дабы не случилось размораживания.

В заключение несколько слов о совместимости терморегуляторов с чугунными приборами отопления. В принципе, противопоказаний к установке никаких нет, но есть сомнения в эффективности работы термостатов. Чугунные батареи массивны и вмещают много воды, а оттого инерционны и будут с опозданием реагировать на автоматическое регулирование. Так что здесь предпочтительнее поставить обычный кран на подаче и балансировочный – на обратке.

Терморегулятор отопления: разновидности и производители

Во время отопительного сезона часть семейного дохода уходит на оплату услуг отопления. В нашей стране сильные морозы не редкость, но как быть с теплой зимой? В холодное время года часто можно увидеть распахнутые окна. Зачастую люди платят не за нагрев собственного дома, а за обогрев окружающей среды, открывая форточки и выпуская излишки тепла наружу. Данный подход совершенно не экономичен, но решить проблему способен терморегулятор отопления (термостат) – специальное устройство, позволяющее нормализировать температуру в помещении.

Приспособление регулирует скорость подачи теплоносителя в радиатор отопления. Установленный регулятор отопления вместе с теплосчетчиком поможет существенно сэкономить и не использовать энергию впустую. Для обогрева подается такое количество тепла, при котором жильцы чувствуют себя комфортно. На рынке предоставлены модели с возможностью ручного программирования температуры помещений для ночного и дневного времени, а также планирования микроклимата на конкретные дни.

Устройства достаточно точны, погрешность возможна лишь в один градус.

Виды терморегуляторов

В продаже имеются три разновидности терморегуляторов, отличающиеся друг от друга датчиками приема сигнала. Одни определяют температуру по воздушной среде, другие зависят от тепловых показателей воды. Каждый из них отличается точностью передачи данных и, соответственно, стоимостью, так что покупка зачастую ограничивается платежеспособностью покупателя. Стоит напомнить, что отдельные помещения должны быть оснащены собственными регуляторами температуры. Позволяется использовать разные термостаты для одной системы отопления.

Своевременная регулировка систем отопления происходит благодаря сигналам, источником которых являются:

• Теплоноситель. Устаревшие модели, все реже применяемые среди населения. Реагируют на температуру самой системы отопления, что зачастую неэффективно. Используют либо накладной, либо погружной датчик, передающий информацию устройству. Самый бюджетный вариант, у которого находятся свои приверженцы.
• Воздух внутри комнат. Приспособление устанавливается внутри помещения. Через кабель происходит передача сигналов до системы включения-выключения котла. Отличается большей эффективностью.
• Воздух извне. Наиболее совершенный вариант, при котором датчик располагается вне дома на улице, что не допускает перепадов температуры в квартире при изменении погодных условий. Данный воздушный терморегулятор для отопления отлично экономит как топливо, так и бюджет владельца.

Принцип работы терморегуляторов

Бесспорно, автоматический регулятор температуры отопления значительно упрощает жизнь владельцам. Но экономить тепловую энергию можно и без термостата, при том, что заниматься регулировкой радиаторов придется самостоятельно. В этом помогут обычный вентиль и дроссель, но по сравнению с терморегулятором использование данных приспособлений все же неудобно.

Термостат реагирует на колебания уличной температуры и регулирует подачу тепла.

Используя дроссель и вентиль придется несколько раз в день подстраивать все самостоятельно. Также теплоотдача будет несколько варьироваться в зависимости от колебаний температуры теплоносителя.

Термостат автоматически регулирует температуру помещений, увеличивая или уменьшая поток воды через батареи. Если жарко – расход воды снижается. В случае похолодания термостат приоткрывается. Сам принцип работы терморегулятора отопления зависит от конкретного вида регулировки.

Механический терморегулятор

Составными частями терморегулятора являются термическая головка и клапан. Термическая головка включает в себя регулятор, жидкостный элемент и привод. Иногда происходит замена жидкостного элемента упругим или газовым. Термоэлемент в форме цилиндра имеет гофрированные внутренние стенки, которые называют сильфоном. Сильфон содержит в себе рабочую среду, в которой происходит реакция на изменения температурных показателей.

Пропорционально с увеличением температуры помещения возрастает объем рабочей среды и сильфон растягивается. Далее сдвигается рабочий шток регулировки клапана, закрывая подачу теплоносителя. Если температура в доме падает, значит рабочая среда уменьшается в объеме и сильфон сжимается. Обратный ход штока способствует увеличенному поступлению теплоносителя к радиатору. Интересно, что механический регулятор температуры отопления, а точнее механизм растяжения и сужения, может выполнять растяжение до 1 миллиона раз.

Электронный терморегулятор

Терморегулятор с электронным управлением автоматически контролирует котел и остальные исполнительные механизмы, типа клапанов, насосов, смесителей и т.д. Пользователь сам может задать наиболее предпочтительный температурный микроклимат, а электронный терморегулятор поддерживает заданную температуру.

Стандартный электронный терморегулятор для отопления содержит термодатчик, что устанавливается в любом месте квартиры, но на удаленном расстоянии от отопительных приборов. Далее прибор считывает информацию в той части пространства, в которой он находится.

Данные передаются и терморегулятор может управлять системой отопления дома.

Электронный программируемый терморегулятор для системы отопления делится на два вида: терморегулятор с открытой и закрытой логикой.

В закрытой логике изменять разрешается только некоторые параметры, открытая же предоставляет больше свободы: терморегуляторы легко программируются, также имеется огромный перечень функций и всевозможных настроек. Как ни странно, но большим спросом пользуются закрытые терморегуляторы. Это объясняется тем, что обычным жителям трудно разобраться в настройках и всяческих режимах, проще установить закрытый терморегулятор, который сделает все сам.

Установка термостатов

Многих волнует в каких именно комнатах ставить термостаты. Часто установку производят в спальне, но это нежелательно. Эффективнее производить установку в помещениях с перепадом температур, в комнатах с частым пребыванием людей (кухня, гостиная и т.д.). Для спальни вполне хватит обычного вентиля, регулирующего подачу тепла.

Установка термостата в двухэтажном доме обязательно происходит на втором этаже, откуда будет выполняться регулировка системы отопления частного дома. Объясняется это тем, что поток теплого воздуха направляется вверх, в следствие чего первый этаж остается прохладнее второго. Термостат с датчиком устанавливается в комнатах со свободной циркуляцией воздуха. Приспособление размещается в горизонтальном положении, только так датчик показывает достоверные данные. Как работает термостат для отопления мы уже писали здесь.

Правильный монтаж происходит при установке терморегулятора на входе в батарею. Клапан термостата на одном конце имеет наружную резьбу, на другом – внутреннюю. Диаметры бывают полудюймовые и четырехдюймовые. Термостат вкручивается в радиаторную пробку наружным концом подходящего диаметра.

Производители терморегуляторов

Качественное устройство сможет прослужить хозяевам длительное время. Не составит труда найти терморегулятор для отопления цена которого будет вполне приемлемой. Но при выборе надежного приспособления лучше сильно не экономить. Одними из лучших считаются немецкая фирма «Oventrop» и датская «Danfoss». Немецкий регулятор температуры отопления Danfoss подходят для любых отопительных систем. Как и продукция Oventrop, Данфосс прекрасно вливается в интерьер; оба имеют интуитивные настройки и не выделяются из общего фона.

Терморегуляторы отлично зарекомендовали себя в суровом климате. Для поддержания отопления регулировка температуры происходит в пределах 6-26 градусов. Регуляторы распределяют по всей системе отопления необходимое количество воды.

Терморегуляторы – полезные приспособления, обладающие замечательными функциями. Они помогают не только оптимизировать температуру в квартире, но и сохранить средства семьи (к тому же они быстро окупаются). Особенно полезны будут владельцам коттеджей, которые не проживают там постоянно. Во время отсутствия хозяев температурный регулятор отопления перейдет на более экономный режим с поддержкой минимально теплого микроклимата.

принцип работы терморегулятора для радиатора, как пользоваться

Терморегулятор — устройство, соответствуя названию, предназначенное для контроля температуры в системе отопления.

Приборы делят по двум принципам — управлению и характеристикам.

Терморегулятор на батареи: как регулировать отопление?

Контроллер температуры состоит из двух компонентов: головки и клапана. Последний — исполнительный механизм.

Термоголовка содержит цилиндр с рабочей жидкостью. В некоторых устройствах её заменяют на газ.

Летучие вещества быстрее влияют на подачу воды в обвязку, но делают это не столь точно.

Важно! При создании проекта учитывайте гидравлическое сопротивление системы. При использовании одной трубы оно меньше, чем при двух.

Принцип работы регулятора тепла для радиатора

Рабочая жидкость реагирует на изменение температуры, увеличиваясь или уменьшаясь в объёме.

Он оказывает на шток влияние, толкая исполнительный клапан. Механизм воздействует на подачу теплоносителя в систему.

Устройства делят на две категории по способу управления.

Приборы с механическим контролем работают по принципу старых холодильников, требуют ручной настройки температурного режима. Программируемые самостоятельно меняют подачу теплоносителя, в зависимости от заданных функций.

Виды устройств и как они работают: особенности регулировки температуры

Отличают механические и электрические, жидкостные и газонаполненные термостаты. Разделение по первому принципу влияет на управление прибором, а по второму — на технические характеристики.

Механические

Используют в качестве рабочего тела не только спирты и летучие вещества, но также твёрдые. Последние надёжнее, но оказывают влияние спустя 30–40 минут после изменения температуры.

Фото 1. Механический терморегулятор для батареи, работает на спирту, твердых веществах, быстро меняет температуру.

Имеет пару значительных недостатков:

• Сложную настройку.
• Высокую чувствительность к солнечному свету, ветру и источникам тепла.

Внимание! Последний фактор сильно ограничивает количество мест, в которых разрешён монтаж.

Электрические

Для изменения температуры используются характеристики электрической цепи:

• резистор меняет сопротивление, в зависимости от нагрева или охлаждения устройства;
• поддержка постоянного напряжения влияет на силу тока;
• в зависимости от этого работает вентилятор.

Хотя ток получается небольшим, транзисторы воздействуют на клапаны, управляя подачей теплоносителя. Электронная схема работает вне зависимости от разброса температуры.

Прибор достаточно прост, но позволяет регулировать и управлять лишь небольшими механизмами. Существуют промышленные устройства, способные контролировать котлы до нескольких тысяч Ватт.

Электрические термостаты бывают аналоговыми и цифровыми. Первые попроще, легко настраиваются, в них встроено всего пару индикаторов. Вторые можно запрограммировать на несколько дней вперёд.

Фото 2. Термостат электрический для изменения температуры, подключен в розетку над батареей, прост в эксплуатации.

Цифровые также делятся на две категории по логике работы:

1. Закрытые легко настраиваются, но обладают ограниченным потенциалом.
2. Открытые полностью программируемы, но требуют приглашения специалиста.

Вторые, обычно, используют в промышленных целях, поскольку они дороже и требуют более редкого отслеживания сотрудниками.

Справка! Термостаты могут управлять газовыми или электрическими котлами, вне зависимости от размеров обвязки.

Жидкостные

Средняя длительность отклика устройства на регулировку и изменение температуры составляет 25 минут. Они находят более широкое применение, поскольку достаточно головки меньшего диаметра. В зависимости от модели, изменяется защита от температурного воздействия и погрешность измерений.

Газонаполненные

Среди трёх типов механических термостатов является лучшим. Он быстрее реагирует на изменения, хотя обладает немного большей погрешностью.

Время перемещения штока составляет 7–9 минут, что втрое меньше, чем у жидкостного.

Эта особенность вызвана строением устройства. Капсула со сжатым газом устанавливается на максимальном расстоянии от стенок. Отсутствие взаимодействия с внешними факторами повышает чувствительность и скорость работы регулятора.

Полезное видео

В видео рассказывается о том, как регулировать температуру в помещении с помощью комнатного термостата.

Эксплуатация термостата: как им пользоваться?

Пользоваться прибором просто. В механических достаточно указать температуру тепла, которая должна поддерживаться. Для обслуживания проверяют износ компонентов раз в полгода. Электрические нужно тщательно программировать, а работоспособность контролируют постоянно.

Терморегуляторы. Виды и принцип действия. Применение

Для сохранения требующегося уровня температуры в нагревательных системах применяются электрические устройства, называемые терморегуляторы. Все приборы, имеющие в составе электронагревательные элементы, оборудованы электрическими терморегуляторами.

Необходимость и особенности терморегуляторов

Терморегулятор представляет собой электрическое устройство необходимое для автоматического регулирования температуры в охлаждающем и отопительном оборудовании. Они монтируются в системах обогрева, искусственного климата, охлаждающих либо морозильных системах. Широко используются в домашнем хозяйстве в обустройстве теплиц.

Цель работы терморегулятора определяется включением либо выключением нагревательных элементов какого-либо прибора при показателях температуры ниже или выше указанных соответственно. Благодаря работе терморегулирующих устройств, воздух в помещении, вода, поверхности приборов и т.п. имею стабильную температуру.

Работают все терморегуляторы, в каком бы приборе они не находились, по единому принципу. Автоматический регулятор получает данные о температуре из окружающей его среды, благодаря тому, что оснащается встроенным или выносным термодатчиком. Опираясь на полученную информацию, терморегулятор определяет, когда нужно включаться и отключаться. Чтобы исключить сбои в работе устройства, термодатчик надлежит устанавливать в помещении подальше от прямого влияния различного нагревательного оборудования, в противном случае, может возникнуть искажение показателей и, естественно, регулятор будет работать ошибочно.

Классификация терморегуляторов

Принцип работы всех устройств, регулирующих температуру одинаковый, но видов терморегуляторов очень много, и они отличаются по:

• Назначению:
  — комнатные;
  — погодные.
• Способу монтажа:
  — стенные;
  — настенные;
  — крепящиеся на DIN рейку.
• Функциональным возможностям:
  — центральное регулирование;
  — беспроводное регулирование.
• Способу управления:
  — механические;
  — электромеханические;
  — цифровые (электронные).

Также терморегуляторы отличаются техническими свойствами:

• Диапазон измерений температуры. Разные модели терморегуляторов в зависимости от модификации поддерживают температуру от -60 до 1200 °С.
• Количество каналов:
  — одноканальные. Применяются для автоматической регулировки и сохранения температуры объекта на указанном уровне. Отличаются меньшими размерами и весом от многоканальных приборов;
  — многоканальные. Выпускаются для фиксирования температуры серии стандартных термодатчиков. Их используют на производствах, лабораториях, а также в народном хозяйстве.
• Габаритные размеры:
  — компактные;
  — большие;
  — крупные.

Применение регуляторов и датчиков температуры

Терморегуляторы могут устанавливаться в жилых и промышленных помещениях. В целом можно выделить учитывающие:

• И контролирующие температуру воздуха в конкретной зоне помещения. Эти приборы относятся к категории комнатных регуляторов. Бывают аналоговые и цифровые.
• И поддерживающие температуру определённых предметов – это регуляторы для полового отопления.
• Температуру воздуха снаружи – погодные термостаты.

Регуляторы, которые эксплуатируются в промышленных помещениях, бывают двух видов:

• Индустриальные пространственные. К этим приборам относятся аналоговые стенные регуляторы, имеющие повышенную защиту.
• Индустриальные с отдельными датчиками. Это аналоговые приборы с внешними датчиками, которые могут быть настенными или устанавливаться на специальную рейку.
  Датчики могут устанавливаться на стены или в полу дома, в зависимости от их типа и назначения. Встроенные приборы монтируются в монтажную коробку прямо в стену, а приборы накладного типа просто прикрепляют на стену.

Выделяют также несколько видов датчиков по назначению:

• Датчик температуры пола.
• Датчик температуры воздуха.
• Инфракрасный датчик для пола и воздуха.

Датчик, измеряющий температуру воздуха, часто размещают на корпусе терморегулятора. Терморегуляторы с инфракрасными датчиками можно применять для контроля всей системы отопления. Эти датчики отлично подходят для установки в ванные комнаты, душевые, сауны и прочие помещения с повышенной влажностью. Сам регулятор температуры надлежит размещать обязательно в сухом месте, от переизбытка влаги он может повредиться. Правда есть модели, с повышенной герметичностью, и их монтаж в ванную ничем не опасен для них.

Регуляторы для тёплых полов отличаются своим внутренним устройством, это:

• Цифровые.
• Аналоговые.

Цифровые устройства имеют хорошую стойкость к разным типам помех, поэтому исключают искажение данных и гарантируют большую точность, чем аналоговые.

Особенности функциональных возможностей электрических регуляторов температуры:

• Беспроводное регулирование (дистанционное). Рекомендовано применять при дополнительной инсталляции греющих элементов и проведении реконструкций, когда выполнять классическую регулировку невозможно или довольно трудно. Дистанционное управление исключает дополнительные строительно-ремонтные работы при электроинсталляции (к примеру, монтаже кабельной проводки).
• Устройства программирования. Центральное (классическое) устройство позволяет производить регулирование температуры целого крупного объекта с одной точки. Для программирования регулятора используют компьютер или устройства управления. Также контроль осуществляется с помощью телефонного модема.

Принцип действия, плюсы и минусы

Механический регулятор температур считается простым и практичным устройством. Применяется в нагревательных и охладительных целях. Чаще всего представляет внешнее электроустановочное изделие, предназначенное для внутренней установки в жилые помещения в системы отопления. Внешний вид подобен стандартному запорному крану.

Специфичностью механических терморегуляторов является отсутствие электрической составляющей. Работает аппарат по особому принципу, заключающемуся в свойствах некоторых веществ и материалов менять свои механические качества от изменения температуры.

При изменении температуры до конкретно указанной, происходит разрыв или замыкание электрической цепи, что обуславливает выключение либо включение приборов для нагрева. Требуемый показатель температуры выбирается на шкале прибора путём вращения специального колесика.

Положительные моменты механических термостатов:

• Надёжность.
• Устойчивость к перепадам напряжения.
• Не подвластны сбоям электроники.
• Работают при отрицательных температурах.
• Можно эксплуатировать в условиях резких изменений температуры.
• Простое управление.
• Длительный срок службы.

Недостатки:

• Наличие погрешности.
• Вероятность появления небольших щелчков при подаче напряжения на инфракрасные нагреватели.
• Низкая функциональность.

Независимо от недостатков, они являются самыми распространёнными и встречаются в организации обогревательных систем чаще других термостатов, благодаря простому управлению и невысокой стоимости.

Эксплуатация электромеханических термостатов

Электромеханические регуляторы температуры используется в различных бытовых электроприборах. Эти изделия бывают двух модификаций:

• С биметаллической пластиной и группой контактов. Пластина, нагреваясь до определённой температуры, изгибается и размыкает контакты, из-за чего прекращается подача электротока на нагревательную спираль или ТЭН прибора. После остывания пластина прогибается обратно в своё исходное положение, контакты при этом замыкаются, возвращается подача электричества и прибор нагревается. Приборами с этими регуляторами пользуется в повседневной жизни практически каждый человек – это утюги, электроплиты, электрочайники и т.п.
• С капиллярной трубкой. Изделие состоит из трубки, наполненной газом и помещённой в ёмкость с водой, а также контактов. Принцип действия базируется на особенностях материалов расширяться при определённых температурах. Вещество, находящееся в полой трубке, начинает расширяться при разогреве воды, из-за чего возникает замыкание контакта. После охлаждения воды, контакты размыкаются, а электроприбор начинает разогреваться. Подобными регуляторами чаще всего оснащаются водонагреватели, масляные обогреватели, бойлеры.

Электромеханические терморегуляторы зарекомендовали себя как неприхотливые устройства:

• Автоматическое включение обогрева.
• Герметичность.
• Невысокая цена.

Минусы этих приборов:

• Низкая функциональность.
• Сложность добиться высокой точности регулирования.

Специфика электронных терморегуляторов

Электронные устройства очень распространены, они эксплуатируются с многими электрообогревателями. Обычно ими оборудуют общие отопительные системы и кондиционирования, а также тёплые полы.

Главные составляющие части:

• Выносной термодатчик.
• Контроллер — устройство, устанавливающее конкретный уровень температуры в доме, а также создающее команды включения и отключения нагревателя.
• Электронный ключ – контактная группа.

Датчик прибора отправляет данные о температуре контроллеру, который обрабатывает полученный сигнал и решает, требуется снижать или повышать температуру.

Виды электронных термостатов:

• Обычные терморегуляторы. В этих приборах можно выставлять желаемые пределы температуры либо точную температуру, которая будет сохраняться. Устройства оборудованы электронным дисплеем.
• Цифровые терморегуляторы:
  — С закрытой логикой. Устройства имеют неизменный алгоритм работы. Регулирование выполняется при помощи передачи команд по указанным параметрам конкретным приборам, которые были установлены заранее. Параметры задаются заранее в зависимости от нужд используемых приборов для определённой температуры. Корректировка программы этих регуляторов практически неосуществима, можно только менять основные параметры. Но именно эти термостаты наиболее часто применяют в быту.
  — С открытой логикой. Эти аппараты контролируют точный процесс обогрева помещений. Имеют расширенные настройки, благодаря чему можно поменять их алгоритм работы. Управляются кнопками или сенсорной панелью. Путём этих устройств можно включать либо отключать обогревательные системы в строго заданное время. Но их перепрограммированием должны заниматься специалисты. Эти регуляторы применяют чаще на производстве и в промышленности, чем в быту.

Программируемые термостаты удобно эксплуатировать, они открывают широкие возможности для тонкой настройки приборов на нужные температурные показатели, зависящие от требований отдельных зон помещений.

Достоинства:

• Широкий диапазон регулировок.
• Разнообразие дизайнерских решений.
• Экономия электроэнергии.
• Высокая точность.
• Эффективность.
• Безопасность при эксплуатации.

Также терморегуляторы просты в управлении и имеют не высокую стоимость, только эти два плюса не касаются регуляторов с открытой логикой. Электронные регуляторы нередко являются составной частью системы умного дома.

Похожие темы:

конструкция, настройка и проверка устройства

Приборы, позволяющие регулировать температуру в помещении, впервые были разработаны и выпущены в 1943 году в Дании, и в скором времени вся Европа стала использовать их для снижения затрат на отопление. Сегодня вопрос экономии как нельзя актуален, а принцип работы терморегулятора нового поколения такой, что позволяет не только следить за поддержанием заданной температуры, но и экономить до 25% затрат на обогреве жилья.

Регулирующие устройства нового поколения

Если первые регулирующие устройства для батарей отопления требовали обязательного контроля человека, то у моделей последних лет появился ряд существенных преимуществ перед «старичками».

• Дизайн современных термостатов таков, что они практически не заметны и выглядят, как естественное продолжение радиатора. Их легко настраивать и регулировать.
• Термостаты нового поколения просто монтировать, как в старую централизованную отопительную систему, так и в автономную.
• Длительный срок эксплуатации и отсутствие потребности в профилактическом и техническом обслуживании делают их желательными элементом отопительных систем.
• Принцип работы регулятора температуры позволяет выставить нужные параметры, которых он будет придерживаться весь отопительный сезон, с учетом изменений температуры воздуха за окном. Это позволит избежать таких неприятных моментов, когда на улице стало тепло, а батареи еще настолько горячие, что приходится открывать балкон или окна для проветривания.
• Терморегулятор позволяет калибрировать температурные параметры от +5°C, если требуется создать условия, чтобы система не замерзла, но при этом не «съедала» бюджет, до +27°C для любителей жары. Прибор будет придерживаться заданных параметров с точностью до 1 градуса.
• Принцип действия терморегулятора таков, что теплоноситель в отопительном контуре начинает распределяться равномерно, доходя горячим даже до последних в цепи радиаторов отопления.
• Если прибор установить в автономной системе обогрева, то владельцев ожидает экономия топлива до 25%.

Современные термостаты настолько автоматизированы, что требуют участия человека только в начале отопительного сезона, когда выставляются параметры температур в комнатах.

Как устроен термостат

Сегодня на рынке можно найти два вида регуляторов температуры: механические и электронные. Хотя у них существенные различия в способе настроек параметров, устройство терморегулятора со времен первых моделей не сильно поменялось. В настоящее время можно выбирать прибор не только по способу регулировки температуры, но и по типу отопительной системы. Есть модели, специально разработанные для однотрубных и двухтрубных отопительных контуров, но в основе и тех и других находится термическая головка (сильфон) и клапан.

Термоголовка представляет собой цилиндр с гофрированной внутренней поверхностью. Внутри сильфона располагается газообразная или жидкостная среда, очень чувствительная к любым колебаниям температур в окружающем пространстве.

В момент, когда температура в помещении достигла установленной критической нормы, средство в сильфоне расширяется, увеличивая его в размере. Следствием этого становится давление увеличенной термоголовки на клапан и его закрытие, что приводит к остановке подачи теплоносителя в батарею.

В случае понижения температуры происходит обратный процесс: внутренняя среда в сильфоне сжимается, он уменьшается в размере и перестает давить на клапан. Тот в свою очередь открывается, давая свободный проход теплоносителю.

Современная регулирующая техника настроена, как минимум, на миллион «сжатий-растяжений», чего она сможет достичь примерно за 100 лет эксплуатации.

Типы терморегуляторов

Все большее количество людей сходятся в том, что в современных условиях потребления тепла необходима жесткая экономия, чтобы снизить на него затраты. Чтобы не сидеть в холодных домах и квартирах, можно выбрать терморегулятор, подходящий под конкретную отопительную систему и создать не только оптимальные условия для проживания, но и пусть небольшую, но все-таки экономию средств.

Как показывает практика, термостаты последнего поколения могут «реанимировать» даже старые чугунные радиаторы, подключенные к центральной городской теплосети. Увеличение теплоотдачи без дополнительных денежных затрат возможно при установке термостата в отопительный контур или котел.

Большим спросом пользуются механические приборы, которые стоят дешевле электронных аналогов, но все изменения в их настройках производятся вручную. Изделия, оснащенные электронным дисплеем, полностью освобождают человека от контроля над тем, как работает терморегулятор на протяжении всего отопительного сезона.

Параметры в эти устройства вводятся один раз, а так как можно указать не только конкретную температуру, но и установить ее минимум и максимум, то это позволяет создать по-настоящему комфортный микроклимат.

Кроме того, что термостаты бывают электронные и механические, они так же отличаются по своему внутреннему содержанию. Приборы с сильфонами, наполненными жидкостью, как правило, стоят недорого, но и реакция их на температурные изменения в окружающей среде несколько замедленная.

Газонаполненные термоголовки очень чувствительны к любым колебаниям температуры. Они «заметят», если воздух в комнате потеплеет от того, что в окно светит солнце и перекроют клапан, остановив подачу носителя в батарею.

Самыми удобными в эксплуатации являются электронные терморегуляторы с программным управлением. Они позволяют устанавливать температурный режим на разный временной промежуток. Например, когда в квартире никого нет в течение рабочего дня, параметры нагрева воздуха могут быть понижены, но в определенное время суток термостат включается на повышение температуры. Это позволяет экономить на оплате отопления и энергоресурсах.

Подобные приборы стоят дорого, но купленные и установленные один раз, они на протяжении многих лет будут создавать комфорт в доме и экономию в кошельке.

Терморегулятор с выносным датчиком

Чтобы прибор работал корректно, он должен быть монтирован в горизонтальном положении, в этом случае воздух свободно циркулирует вокруг него, не влияя на заложенные в датчик параметры. Если установить его вертикально, то тепло, поднимаясь снизу, будет воздействовать на среду в сильфоне, заставляя его расширяться и закрывать клапан.

Если устройство отопительной системы таково, что установить терморегулятор горизонтально не получится, можно приобрести прибор с выносным температурным датчиком. Это так же актуально, если батареи закрыты декоративным коробом или фальш-панелью.

Выносной датчик идет в комплекте со специальной трубкой длиной 2 метра. На таком расстоянии он позволяет, как проверить терморегулятор, так и настроить его параметры. Подобной возможностью обладают и механические, и электронные устройства. Кроме того, существуют так называемые антивандальные терморегуляторы, оснащенные специальным чехлом, закрывающим его дисплей. Их устанавливают в помещениях, где живут или находятся дети.

Заключение

Принцип работы современного терморегулятора таков, что позволяет следить как за температурным режимом в доме или квартире, так и за экономией средств на отопление. Так как существуют приборы, приспособленные под конкретные отопительные системы, то стоит только определиться с его устройством, способом настройки и ценой, а установку можно произвести самостоятельно, действуя по инструкции.

Регулятор температуры воды в системе отопления

Современные отопительные системы чаще всего имеют терморегулятор, с помощью которого регулируется температура в помещении.​ Регуляторы температуры — приборы, которые помогают регулировать температуру в помещении. С их помощью можно установить периодичность, интенсивность и режим обогревателей. Если не контролировать системы отопления, то это может привести к пожару и возникновению высокой температуры, которая будет некомфортной для человека.

Предназначение регуляторов отопительных систем

Благодаря регуляторам температуры можно автоматически управлять всеми обогревателями и предотвращать сжигание кислорода, отсутствие которого плохо влияет на здоровье и самочувствие человека. Благодаря терморегулятору можно по мере надобности включать и выключать отопление и поддерживать в помещение удобную температуру.

Терморегуляторы используют для:

• контролирования температуры в помещении;
• создания микроклимата;
• сохранение кислорода в доме;
• экономии тепла.

Разновидности регуляторов систем отопления

Для систем отопления используют терморегуляторы нескольких видов:

• механические;
• электронные;
• электромеханические.

С их помощью можно контролировать температуру и поддерживать удобный климат в помещении. Независимо от того, какой регулятор будет применяться, каждый из них обладает достоинствами и недостатками.

Электронные регуляторы

Электронный терморегулятор состоит из 3 главных элементов:

• микропроцессора;
• датчика;
• ключа.

Датчик измеряет температуру воздуха, микропроцессор обрабатывает и передает сигнал, а с помощью ключа совершается коммуникация управления.

Преимущества электронных терморегуляторов заключаются в:

• высокой точности;
• легкости настройки и управлении отопительными системами.

Применяются электронные регуляторы для того, чтобы управлять отопительной системой квартиры или дома и регулировать работу кондиционеров, а также других систем, которые отвечают за поддержку и создание в помещении комфортного микроклимата.

Терморегуляторы электронного образца могут легко монтироваться в систему умного дома и следить за температурой обогревателей и помещений.

Механические регуляторы отопления

Терморегулятор механического типа для радиатора состоит из:

• клапана;
• термической головки.

Эти два элемента работают слажено и без использования посторонней энергии. Термическая головка состоит из нескольких частей: привода, регулятора, газового, жидкостного или упругого элемента.

Принцип работы механического регулятора достаточно прост — колесико с температурой выставляется на нужный уровень с помощью ручного управления.

Механические регуляторы кроме регулировочного колесика могут иметь кнопку включения и выключения, управляются и включаются такие регуляторы только вручную.

Электромеханические регуляторы

Одним из самых простых регуляторов, считается электромеханический. Главным его элементом считается реле, которое бывает нескольких видов, но в системе отопления применяется используется регулятор с реле, у которого некоторые элементы расширяются в момент нагревания.

Такой тип регулятора применяется в масляных радиаторах и бойлерах, где реле представляет собой цилиндрическую трубку, которая наполнена чувствительной жидкостью. Трубка находится в маленьком бачке с водой, которая нагревается.

Выбор терморегулятора

Выбор терморегулятора зависит от:

• внешних климатических условий;
• количества приборов отопления;
• видов обогревателей.

Выбирая регулятор температуры, необходимо учитывать все факторы, которые могут повлиять на его работу.

Системы отопления и регулирование температуры

Отопительные системы могут быть нескольких видов: водяные, паровые, воздушные и комбинированные. Регуляторы температуры могут устанавливаться на любую из них.

Водяное отопление — самый распространенный вариант отопления, где теплоносителем выступает вода, а источник энергии может быть любой.

Электрическое отопление удобное, практичное, безопасное и надежное. Регулировка температуры происходит в зависимости от заданной и действительной температуры.

Механические регуляторы очень просты в использовании и стоят намного дешевле электронных аналогов. Регулирующие механизмы устанавливаются на отопительные приборы к магистрали подачи теплоносителя. Принцип работы механического регулятора очень прост, потому что датчик встроен в клапан, а регулировка температуры происходит за счет увеличения и уменьшения теплоносителя в радиаторе.

Установка регуляторов

Регулятор температуры встраивается в систему и измеряет температуру теплоносителя и внешних параметров, для того чтобы уменьшить его нагрев, необходимо установить нужную температуру на электронном регуляторе или просто подкрутить колесико на механическом.

Устанавливаются регуляторы в нагревательных приборах там, где применяется теплоноситель, а также в автономных приборах и комплексах автономного нагрева и отопления.

Самым оптимальным местом установки терморегулятора является радиатор, отопительный прибор, но только в том случае, если он не закрыт шторами или декоративными решетками. В случае если он будет закрыт, то регулятор температуры будет неправильно и неадекватно ее измерять.

Устанавливать регуляторы можно также на горизонтальной части трубопровода, но рядом с точкой ввода в отопительный прибор.

Чтобы измерения температуры были точными в случае наличия декоративных деталей на радиаторе, следует установить дополнительный термостатический элемент, который будет расположен на некотором расстоянии от датчика, что позволит корректно измерить температуру.

Регуляторы температуры очень хорошо экономят тепло и создают в помещении комфортную обстановку. Независимо от того, какой регулятор будет установлен и какого производства, все они хорошо регулируют температуру. Электронные регуляторы более удобные в использовании, но механические дешевле и надежные.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Что такое автоматический радиаторный терморегулятор?

Отопительный прибор (например, радиатор) системы водяного отопления должен подавать в помещение тепло в строгом соответствии с текущей потребностью. Зимой требуемый уровень тепла выше, весной – ниже, поэтому температура теплоносителя в системе отопления должна меняться.

Регулирование температуры должна осуществлять автоматика индивидуального генератора тепла (котла), который является источником тепловой энергии в доме.

Однако не все котлы оснащаются подобными устройствами: часто автоматика лишь поддерживает температуру воды на постоянном уровне, либо отсутствует вовсе. В результате в помещениях становится то жарко, то холодно. Даже если регулирование на котле все-таки есть, нередко бывает сложно добиться баланса: теневая сторона дома холоднее, солнечная – теплее, поэтому приходится открывать форточки и выпускать уже оплаченное потребителем тепло наружу. Как лучше поступить в данной ситуации?

На радиаторах можно установить вентили или шаровые краны. С их помощью легко уменьшается подача горячей воды в приборы отопления. Сложно представить, чтобы у радиатора постоянно будет дежурить человек и закрывать кран, когда выйдет солнце, затопят камин или придут гости, а потом вновь открывать его, когда станет холоднее.

Такую работу берет на себя автоматический радиаторный терморегулятор. Устройство не только помогает поддерживать постоянную  комфортную температуру в помещении без участия  человека, но и экономит тепло и деньги на его оплату: счета становятся на 20% ниже. Для отопления используется «бесплатное» солнечное тепло, теплопоступления от людей, электроприборов и т.д. Кроме того, воздух вокруг вашего дома станет чище за счет сокращения выбросов дымовых газов от сжигания лишнего топлива.

Строительные нормы не случайно предписывают установку регулирующих устройств перед отопительными приборами, а в жилых зданиях – именно автоматических радиаторных терморегуляторов.

Устройство и принцип работы радиаторного терморегулятора

Радиаторный терморегулятор состоит из двух основных частей: термостатической головки (термоголовки) и регулирующего клапана.

Регулирующий клапан устанавливается на входе теплоносителя в радиатор. Под воздействием термоголовки он изменяет количество горячей воды, проходящей через прибор.

Термоголовка – главный элемент автоматического регулирования. С помощью соединительной гайки она закрепляется на регулирующем клапане и, реагируя на отклонения температуры воздуха в помещении от заданного значения, перемещает затвор регулирующего клапана.

Внутри термоголовки находится гофрированная, заполненная термочувствительной жидкостью емкость (сильфон), иногда в сочетании с ее парами. Через настроечную пружину сильфон связан с нажимным штоком, а тот в свою очередь – со штоком и затвором регулирующего клапана.

 

Когда температура воздуха в помещении становится выше заданного значения, жидкость в сильфоне расширяется, он сжимается и перемещает шток и затвор клапана в сторону уменьшения протока воды. Радиатор остывает, температура в помещении снижается. При падении температуры на улице происходит обратный процесс: жидкость уменьшается в объеме, сильфон растягивается, высвобождая шток клапана, который под воздействием возвратной пружины поднимается. Проток воды через радиатор увеличивается и, вслед за этим, температура в помещении восстанавливается.

Изменяя силу сжатия настроечной пружины простым поворотом рукоятки термоголовки, можно установить любую желаемую температуру. Терморегулятор будет поддерживать ее без вашего участия. Для этого на корпусе термоголовки нанесена шкала, цифры которой соответствуют температуре настройки.

 

Как видно, диапазон настройки температуры широк и, в зависимости от типа термоголовки, составляет от 2 до 29^оС. Однако следует помнить, что если радиатор изначально рассчитан на поддержание 22 ^оС, то терморегулятор в любом случае не сможет обеспечить более высокую температуру. Для этого радиатор должен иметь определенный запас.

При необходимости диапазон настройки может быть ограничен с обеих сторон – для этого в комплекте поставляются специальные штифты.

Термоголовки бывают трех разновидностей: со встроенным температурным датчиком, с выносным датчиком и головка дистанционного управления.

• Первый тип применяется, когда радиатор располагается открыто под окном, и воздух помещения свободно омывает термочувствительный элемент термоголовки.

• Если радиатор завешен глухими шторами или заставлен мебелью, температура вокруг обычной термоголовки будет выше, чем в помещении – регулятор может работать некорректно. В этом случае используется термоголовка с выносным датчиком, который должен располагаться на свободной стене примерно на высоте 1,5 м от пола, а сама головка – на клапане терморегулятора.

• Термоголовка дистанционного управления представляет собой обычную головку, размещаемую на стене по тому же принципу, что и выносной датчик. Она связана с клапаном терморегулятора через капиллярную трубку гидропривода. Такая термоголовка применяется для удаленного управления температурой в помещении, когда доступа к радиатору и клапану терморегулятора нет вовсе.

Регулирующий клапан – исполнительное устройство терморегулятора, которое устанавливается на входе теплоносителя в радиатор и изменяет количество горячей воды, проходящей через отопительный прибор.

Клапан терморегулятора нормально открытый нажимного действия (закрывается  под воздействием термоголовки, открывается за счет возвратной пружины).

Правильный выбор радиатора и терморегулятора поможет поддерживать в вашем доме комфортную температуру и сделает жизнь удобней и проще. 

Руководство по основам работы с контроллером температуры

| Instrumart

Предоставлено Danaher Industrial Controls Group — автоматизация процессов, измерения и зондирование
Просмотреть все контроллеры Danaher’s Partlow и West

Зачем нужны терморегуляторы?

Регуляторы температуры необходимы в любой ситуации, когда необходимо поддерживать стабильную заданную температуру. Это может быть в ситуации, когда объект требуется нагревать, охлаждать или и то, и другое, и поддерживать заданную температуру (заданное значение), независимо от изменения окружающая среда вокруг него.Есть два основных типа контроля температуры; разомкнутый и замкнутый контур управления. Открытый цикл — это наиболее простая форма и применяет непрерывный нагрев / охлаждение без учета фактической выходной температуры. Это аналог система внутреннего отопления в автомобиле. В холодный день вам может потребоваться включить огонь на полную, чтобы прогреть машину до 75 °. Тем не мение, в теплую погоду при той же настройке температура в салоне автомобиля будет намного выше желаемых 75 °.

Блок-схема управления без обратной связи

Управление по замкнутому циклу намного сложнее, чем по разомкнутому.В приложении с замкнутым контуром выходная температура постоянно измеряется и регулируется для поддержания постоянной выходной мощности при желаемой температуре. При управлении с обратной связью всегда учитывается выходной сигнал и будет возвращать его в процесс управления. Управление с обратной связью аналогично автомобилю с внутренним климатом. контроль. Если выставить температуру в машине на 75 °, климат-контроль автоматически отрегулирует обогрев (в холодные дни). или охлаждение (в теплые дни) для поддержания целевой температуры 75 °.

Блок-схема управления с обратной связью

Введение в регуляторы температуры

Контроллер температуры — это устройство, используемое для поддержания заданной температуры на заданном уровне.

Самый простой пример терморегулятора — обычный термостат, который можно найти в домах. Например, водонагреватель. использует термостат для контроля температуры воды и поддержания ее на определенном заданном уровне.Температура контроллеры также используются в духовках. Когда для духовки установлена ​​температура, контроллер контролирует фактическую температуру внутри. духовки. Если она упадет ниже установленной температуры, он отправит сигнал, чтобы активировать нагреватель, чтобы поднять температуру обратно до уставка. Термостаты также используются в холодильниках. Поэтому, если температура становится слишком высокой, контроллер инициирует действие, чтобы понижение температуры.

Приложения общего контроллера

Промышленные регуляторы температуры работают примерно так же, как и в обычных бытовых применениях.Базовая температура Контроллер обеспечивает управление промышленными или лабораторными процессами нагрева и охлаждения. В типичном приложении датчики измеряют фактическая температура. Эта измеренная температура постоянно сравнивается с пользовательской уставкой. Когда фактическая температура отклоняется от заданного значения контроллер генерирует выходной сигнал для активации других устройств регулирования температуры, таких как нагрев элементы или компоненты холодильного оборудования, чтобы вернуть температуру к заданному значению.

Общие области применения в промышленности

Контроллеры температуры используются в самых разных отраслях промышленности для управления производственными процессами или операциями. Некоторый Регуляторы температуры обычно используются в промышленности, включая машины для экструзии и литья пластмасс под давлением, а также термоформование. машины, упаковочные машины, пищевая промышленность, хранение продуктов питания и банки крови. Ниже приводится краткий обзор некоторых распространенных приложения для контроля температуры в промышленности:

• Термообработка / Духовка

  Контроллеры температуры используются в печах и при термообработке в печах, печах для обжига керамики, котлах и т. Д. теплообменники.

• Упаковка

  В мире упаковки оборудование, оснащенное сварочными планками, аппликаторами клея, функциями термоклея, туннелями для термоусадочной пленки или этикетками. аппликаторы должны работать при определенных температурах и продолжительности процесса. Контроллеры температуры точно регулируют эти операции для обеспечения выпуска продукции высокого качества.

• Пластмассы

  Контроль температуры в пластмассовой промышленности является обычным для портативных чиллеров, бункеров и сушилок, а также для формования и экструзии. оборудование.В экструзионном оборудовании контроллеры температуры используются для точного мониторинга и контроля температуры при разные критические точки при производстве пластика.

• Здравоохранение

  Контроллеры температуры используются в сфере здравоохранения для повышения точности контроля температуры. Обычное оборудование, использующее контроллеры температуры включают лабораторное и испытательное оборудование, автоклавы, инкубаторы, холодильное оборудование и камеры для выращивания кристаллизации и испытательные камеры, в которых должны храниться образцы или испытания должны проводиться в определенных условиях. температурные параметры.

• Еда и напитки

  Общие области применения в пищевой промышленности, включающие регуляторы температуры, включают пивоварение, смешивание, стерилизацию и варочные и пекарские печи. Контроллеры регулируют температуру и / или время процесса для обеспечения оптимальной производительности.

Детали регулятора температуры

Все контроллеры имеют несколько общих частей. Во-первых, у контроллеров есть входы. Входные данные используются для измерения переменной в контролируемый процесс.В случае терморегулятора измеряемой переменной является температура.

Входы

Контроллеры температуры могут иметь несколько типов входов. Тип входного датчика и необходимый сигнал могут различаться в зависимости от от типа управляемого процесса. Типичные входные датчики включают термопары и резистивные тепловые устройства (RTD), а также линейные входы, такие как мВ и мА. Типичные стандартизованные типы термопар включают, среди прочего, типы J, K, T, R, S, B и L.

Контроллеры

также могут быть настроены на прием RTD в качестве входа для измерения температуры. Типичный RTD — это платиновый датчик на 100 Ом.

В качестве альтернативы, контроллеры могут быть настроены на прием сигналов напряжения или тока в диапазоне милливольт, вольт или миллиампер от других типов датчики, такие как датчики давления, уровня или потока. Типичные сигналы входного напряжения включают от 0 до 5 В постоянного тока, от 1 до 5 В постоянного тока, от 0 до 10 В постоянного тока и от 2 до 5 В постоянного тока. 10 В постоянного тока. Контроллеры также могут быть настроены на прием милливольтных сигналов от датчиков, которые включают от 0 до 50 мВ постоянного тока и от 10 до 50 мВ постоянного тока.Контроллеры также могут принимать миллиамперные сигналы, например, от 0 до 20 мА или от 4 до 20 мА.

Контроллер обычно включает функцию обнаружения неисправности или отсутствия входного датчика. Это называется датчиком. обнаружение перерыва. Необнаруженная эта неисправность может привести к значительному повреждению управляемого оборудования. Эта особенность позволяет контроллеру немедленно остановить процесс при обнаружении неисправности датчика.

Выходы

Помимо входов, у каждого контроллера есть выход.Каждый выход можно использовать для нескольких вещей, включая управление процесса (например, включение источника нагрева или охлаждения), инициировать аварийный сигнал или повторно передать значение процесса в программируемый логический контроллер (ПЛК) или регистратор.

Типичные выходы, снабженные контроллерами температуры, включают релейные выходы, драйверы твердотельных реле (SSR), симистор и линейные выходы. аналоговые выходы. Релейный выход обычно представляет собой однополюсное двухпозиционное реле (SPDT) с катушкой постоянного напряжения.Контроллер возбуждает катушку реле, обеспечивая изоляцию контактов. Это позволяет контактам управлять внешним источником напряжения. запитать катушку гораздо большего нагревательного контактора. Важно отметить, что номинальный ток контактов реле составляет обычно меньше 2А. Контакты могут управлять нагревательным контактором с номиналом 10–20 А, используемым нагревательными лентами или нагревательными элементами.

Другой тип вывода — это драйвер SSR. Выходы драйвера SSR — это логические выходы, которые включают или выключают твердотельное реле.Большинство твердотельным реле требуется от 3 до 32 В постоянного тока для включения. Типичный сигнал включения драйвера SSR 10 В может управлять тремя твердотельными реле.

Симистор обеспечивает функцию реле без каких-либо движущихся частей. Это твердотельное устройство, контролирующее токи до 1 А. Симистор Выходы могут допускать небольшое количество утечки тока, обычно менее 50 мА. Этот ток утечки не влияет на нагрев цепи контактора, но это может быть проблемой, если выход используется для подключения к другой твердотельной цепи, такой как вход ПЛК.Если это вызывает беспокойство, лучше выбрать стандартный релейный контакт. Он обеспечивает абсолютный нулевой ток, когда на выходе обесточен и контакты разомкнуты.

На некоторых контроллерах имеются аналоговые выходы, которые выдают сигнал 0–10 В или сигнал 4–20 мА. Эти сигналы откалиброван так, чтобы сигнал изменялся в процентах от выходного сигнала. Например, если контроллер отправляет сигнал 0%, аналоговый выход будет 0 В или 4 мА. Когда контроллер отправляет сигнал 50%, на выходе будет 5 В или 12 мА.Когда контроллер отправляет 100% сигнал, на выходе будет 10 В или 20 мА.

Другие параметры

Сравнение аварийных сигналов контроллера

У регуляторов температуры есть несколько других параметров, один из которых является уставкой. По сути, уставка — это набор целевых значений. оператором, которого контроллер стремится поддерживать устойчивым. Например, заданная температура 30 ° C означает, что Контроллер будет стремиться поддерживать температуру на этом значении.

Другой параметр — это значение срабатывания сигнализации. Это используется, чтобы указать, когда процесс достиг некоторого заданного состояния. Есть несколько вариаций по типам будильников. Например, аварийный сигнал высокого уровня может указывать на то, что температура стала выше, чем некоторые установить значение. Точно так же низкий сигнал тревоги указывает на то, что температура упала ниже некоторого установленного значения.

Например, в системе контроля температуры фиксированный высокий сигнал тревоги предотвращает повреждение оборудования источником тепла путем обесточивание источника, если температура превышает некоторое заданное значение.С другой стороны, низкий фиксированный сигнал тревоги может быть установите, если низкая температура может повредить оборудование в результате замерзания.

Контроллер также может проверить наличие неисправного выходного устройства, такого как открытый нагревательный элемент, путем проверки количества выходного сигнала. сигнал и сравнивая его с величиной обнаруженного изменения входного сигнала. Например, если выходной сигнал равен 100% и входной датчик не обнаруживает никаких изменений температуры по прошествии определенного периода времени, контроллер определит, что контур исправен. сломанный.Эта функция известна как Loop Alarm.

Другой тип сигнала тревоги — сигнал отклонения. Устанавливается на некоторое положительное или отрицательное значение от уставки. Сигнал отклонения контролирует заданное значение процесса. Оператор получает уведомление, когда процесс начинает изменять некоторую заранее запрограммированную величину от уставка. Разновидностью сигнала отклонения является сигнализация диапазона. Этот сигнал тревоги сработает либо в пределах назначенного, либо за его пределами. температурный диапазон. Обычно точки срабатывания сигнализации наполовину выше и наполовину ниже уставки контроллера.

Например, если заданное значение составляет 150 °, а аварийные сигналы отклонения установлены на ± 10 °, аварийные сигналы будут активированы. когда температура достигла 160 ° на верхнем конце или 140 ° на нижнем. Если уставка изменена на 170 °, сигнализация высокого уровня активируется при 180 °, а сигнализация низкого уровня — при 160 °. Другой распространенный набор параметров регулятора — ПИД-регулятор. параметры. PID, что означает пропорциональный, интегральный, производный, представляет собой расширенную функцию управления, которая использует обратную связь от контролируемый процесс, чтобы определить, как лучше всего контролировать этот процесс.

Как это работает

Все контроллеры, от базовых до самых сложных, работают примерно одинаково. Контроллеры контролируют или удерживают некоторую переменную или параметр на заданное значение. Контроллеру требуются две переменные; фактический входной сигнал и желаемое заданное значение. Входной сигнал также известен как значение процесса. Вход в контроллер дискретизируется много раз в секунду, в зависимости от на контроллере.

Затем это входное или технологическое значение сравнивается со значением уставки.Если фактическое значение не соответствует уставке, контроллер генерирует изменение выходного сигнала в зависимости от разницы между заданным значением и значением процесса, а также от того, или значение процесса не приближается к заданному значению или отклоняется дальше от заданного значения. Этот выходной сигнал затем инициирует некоторые тип реакции для корректировки фактического значения, чтобы оно соответствовало уставке. Обычно алгоритм управления обновляет вывод значение мощности, которое затем применяется к выходу.

Принимаемое управляющее воздействие зависит от типа контроллера. Например, если контроллер является управлением ВКЛ / ВЫКЛ, контроллер решает, нужно ли включить выход, выключить или оставить в его текущем состоянии.

Управление ВКЛ / ВЫКЛ — один из самых простых в реализации типов управления. Он работает путем установки диапазона гистерезиса. Например, регулятор температуры может быть установлен для контроля температуры внутри помещения. Если заданное значение составляет 68 °, а фактическое значение температура упадет до 67 °, сигнал ошибки покажет разницу –1 °.Затем контроллер отправит сигнал на увеличьте прикладываемое тепло, чтобы снова поднять температуру до заданного значения 68 °. Как только температура достигнет 68 °, обогреватель отключается. При температуре от 68 ° до 67 ° контроллер не выполняет никаких действий, и нагреватель остается выключенным. Однако, как только температура достигнет 67 °, нагреватель снова включится.

В отличие от управления ВКЛ / ВЫКЛ, ПИД-регулирование определяет точное выходное значение, необходимое для поддержания желаемой температуры.Выход мощность может варьироваться от 0 до 100%. Когда используется тип аналогового выхода, выходной сигнал пропорционален значению выходной мощности. Однако, если выход представляет собой тип двоичного выхода, такой как реле, драйвер SSR или симистор, тогда выход должен быть пропорциональным по времени получить аналоговое представление.

Система с пропорциональным временным распределением использует время цикла для пропорционального распределения выходного значения. Если время цикла установлено на 8 секунд, система вызывает при 50% мощности выход будет включен на 4 секунды и выключен на 4 секунды.Пока значение мощности не меняется, время ценности не изменились бы. Со временем мощность усредняется до заданного значения 50%, при половинном включении и половинном выключении. Если выходная мощность должно быть 25%, тогда в течение того же времени цикла 8 секунд выход будет включен на 2 секунды и выключен на 6 секунд.

Пример дозирования выходного времени

При прочих равных условиях желательно более короткое время цикла, потому что контроллер может быстрее реагировать и изменять состояние вывод для заданных изменений в процессе.Из-за механики реле более короткое время цикла может сократить срок службы реле и не рекомендуется быть меньше 8 секунд. Для твердотельных переключающих устройств, таких как драйвер SSR или симистор, время переключения сокращается. лучше. Более длительное время переключения, независимо от типа выхода, допускает большие колебания технологического значения. Общее правило таково: ТОЛЬКО, если процесс позволяет это, когда используется релейный выход, желательно более длительное время цикла.

Дополнительные функции

Контроллеры также могут иметь ряд дополнительных дополнительных функций.Одно из них — коммуникационные возможности. Общение link позволяет контроллеру связываться с ПЛК или компьютером. Это позволяет обмениваться данными между контроллером и хостом. Примером типичного обмена данными может быть хост-компьютер или ПЛК, считывающий значение процесса.

Второй вариант — удаленная уставка. Эта функция позволяет удаленному устройству, например ПЛК или компьютеру, изменять контроллер. уставка. Однако, в отличие от возможностей связи, упомянутых выше, вход удаленного задания уставки использует линейный аналоговый вход. сигнал, который пропорционален заданному значению.Это дает оператору дополнительную гибкость, поскольку он может изменять заданное значение с удаленное место. Типичный сигнал может быть 4–20 мА или 0–10 В постоянного тока.

Еще одна распространенная функция, поставляемая с контроллерами, — это возможность настраивать их с помощью специального программного обеспечения на ПК, подключенном через канал связи. Это позволяет быстро и легко конфигурировать контроллер, а также дает возможность сохранять конфигурации для использования в будущем.

Еще одна общая черта — цифровой вход.Цифровой вход может работать вместе с удаленной уставкой для выбора локального или удаленного уставка для контроллера. Его также можно использовать для выбора между уставкой 1 и уставкой 2, как запрограммировано в контроллере. Цифровой входы также могут удаленно сбросить предельное устройство, если оно перешло в предельное состояние.

Другие дополнительные функции включают источник питания преобразователя, используемый для питания датчика 4–20 мА. Этот блок питания используется для питания Питание 24 В постоянного тока при максимальном токе 40 мА.

В некоторых приложениях двухцветный дисплей также может быть желательной функцией, позволяющей легко идентифицировать различные состояния контроллера. Некоторые продукты также имеют дисплеи, которые могут менять цвет с красного на зеленый или наоборот в зависимости от предварительно запрограммированных условий, например как указание на состояние тревоги. В этом случае зеленый дисплей может не отображать тревогу, но если тревога присутствует, дисплей станет красным.

Типы контроллеров

Контроллеры температуры бывают разных стилей с широким спектром функций и возможностей.Также есть много способы категоризации контроллеров в соответствии с их функциональными возможностями. Как правило, регуляторы температуры бывают одноконтурными. или многопетлевой. Контроллеры с одним контуром имеют один вход и один или несколько выходов для управления тепловой системой. С другой стороны, Многоконтурные контроллеры имеют несколько входов и выходов и могут управлять несколькими контурами в процессе. Больше контроля петли позволяют управлять большим количеством функций технологической системы.

Диапазон надежных одноконтурных контроллеров — от базовых устройств, требующих однократного изменения уставки вручную, до сложных профилировщиков. который может автоматически выполнять до восьми изменений уставок в течение заданного периода времени.

Аналог

Самый простой и базовый тип контроллера — аналоговый. Аналоговые контроллеры — это недорогие, простые контроллеры, которые Достаточно универсален для жесткого и надежного управления технологическим процессом в суровых промышленных условиях, в том числе со значительными электрическими шум. Дисплей контроллера обычно представляет собой ручку управления.

Базовые аналоговые контроллеры используются в основном в некритичных или простых тепловых системах для обеспечения простой температуры включения-выключения. управление для приложений прямого или обратного действия.Базовые контроллеры принимают входы термопар или RTD и предлагают дополнительный процент режим управления мощностью для систем без датчиков температуры. Их основной недостаток — отсутствие удобочитаемого дисплея и отсутствие сложность для более сложных задач управления. Кроме того, отсутствие каких-либо коммуникационных возможностей ограничивает их использование простыми приложениями. например, включение / выключение нагревательных элементов или охлаждающих устройств.

Лимит

Эти контроллеры обеспечивают безопасный контроль температуры процесса.У них нет возможности самостоятельно контролировать температуру. Проще говоря, контроллеры предельных значений — это независимые устройства безопасности, которые можно использовать вместе с существующим контуром управления. Они способны прием термопар, RTD или технологических входов с ограничениями, установленными для высокой или низкой температуры, как обычный контроллер. Ограничение контроля является блокирующим и является частью резервной схемы управления для принудительного отключения тепловой системы в случае превышения предела. В выход предела фиксации должен быть сброшен оператором; он не будет сброшен сам по себе, если условие ограничения не существует.Типичный пример будет отключением безопасности для печи. Если температура в печи превышает некоторую заданную температуру, ограничительное устройство отключит систему. Это сделано для предотвращения повреждения печи и, возможно, любого продукта, который может быть поврежден чрезмерными температурами.

Регуляторы температуры общего назначения

Регуляторы температуры общего назначения используются для управления наиболее типичными промышленными процессами. Обычно они бывают разных Размеры DIN, имеют несколько выходов и программируемые функции вывода.Эти контроллеры также могут выполнять ПИД-регулирование для отличного общие контрольные ситуации. Они традиционно размещаются на передней панели с дисплеем для облегчения доступа оператора.

Большинство современных цифровых регуляторов температуры могут автоматически рассчитывать параметры ПИД для оптимальной работы тепловой системы. используя свои встроенные алгоритмы автонастройки. Эти контроллеры имеют функцию предварительной настройки для первоначального расчета параметров PID для процесс и функция непрерывной настройки для постоянного уточнения параметров ПИД-регулятора.Это позволяет быстро настроить, сэкономить время и сократить количество отходов.

Привод электродвигателя клапана

Особым типом универсального контроллера является контроллер привода клапана (VMD). Эти контроллеры специально разработаны для двигатели регулирующих клапанов, используемые в производственных приложениях, таких как управление газовыми горелками на производственной линии. Специальные алгоритмы настройки обеспечивают точное управление и быструю реакцию на выходе без необходимости обратной связи по скользящей схеме или чрезмерного знания трехчленного ПИД-регулятора алгоритмы настройки.Контроллеры VMD управляют положением клапана в диапазоне от 0% до 100% открытия, в зависимости от энергии. потребности процесса в любой момент времени.

Профиль

Контроллеры профилирования, также называемые контроллерами линейного замачивания, позволяют операторам программировать количество заданных значений и время сидения на каждом из них. уставка. Программирование изменения уставки называется рампой, а время нахождения на каждой уставке называется выдержкой или выдержкой. Один пандус или одна выдержка считается одним сегментом.Профилировщик предлагает возможность ввести несколько сегментов, чтобы разрешить сложную температуру. профили. Оператор может называть профили рецептами. Большинство профилировщиков позволяют хранить несколько рецептов для последующего использования. Меньше Профилировщики могут допускать четыре рецепта с шестнадцатью сегментами каждый с более продвинутыми профилировщиками, позволяющими создавать больше рецептов и сегментов.

Контроллеры профилей могут выполнять профили нарастания и выдержки, такие как изменения температуры с течением времени, наряду с выдержкой и выдержкой / циклом продолжительности без присмотра оператора.

Типичные области применения контроллеров профиля включают термообработку, отжиг, климатические камеры и сложные технологические печи.

Многоконтурный

Помимо одноконтурных контроллеров, которые могут управлять только одним контуром процесса, многоконтурные контроллеры могут управлять более чем одним контуром, это означает, что они могут принимать более одной входной переменной.

Вообще говоря, многоконтурный контроллер можно рассматривать как устройство с множеством отдельных контроллеров температуры внутри одиночное шасси.Обычно они устанавливаются за панелью, а не перед панелью, как в универсальных одиночных шлейфовые контроллеры. Программирование любого из контуров аналогично программированию терморегулятора, установленного на панели. Тем не мение, Многоконтурные системы, как правило, не имеют традиционного физического пользовательского интерфейса (без дисплея или переключателей), а вместо этого используют специальный канал связи.

Многоконтурные контроллеры необходимо настраивать с помощью специальной программы на ПК, которая может загружать конфигурацию в контроллер с использованием выделенного интерфейса связи.

Информацию можно получить через интерфейс связи. Общие поддерживаемые интерфейсы связи включают: DeviceNet, Profibus, MODBUS / RTU, CanOPEN, Ethernet / IP и MODBUS / TCP.

Многоконтурные контроллеры представляют собой компактную модульную систему, которая может работать как в автономной системе, так и в ПЛК. среда. В качестве замены регуляторов температуры в ПЛК они обеспечивают быстрое ПИД-регулирование и разгружают большую часть математических вычислений. интенсивная работа процессора ПЛК, что позволяет увеличить скорость сканирования ПЛК.В качестве замены нескольких контроллеров DIN они обеспечить единую точку программного доступа ко всем контурам управления. Стоимость установки снижается за счет устранения большого количества проводов, вырезы в панелях и экономия места на панели.

Многоконтурные контроллеры предоставляют некоторые дополнительные функции, недоступные в традиционных контроллерах, устанавливаемых на панели. Например, Многоконтурные контроллеры имеют более высокую плотность контуров для данного пространства. Некоторые многоконтурные системы контроля температуры могут иметь до 32 контуров управления в корпусе, устанавливаемом на DIN-рейку длиной не более 8 дюймов.Они также сокращают количество проводов за счет наличия общего точка подключения для питания и интерфейсов связи.

Многоконтурные регуляторы температуры также имеют улучшенные функции безопасности, одной из которых является отсутствие кнопок, на которых любой может изменить важные настройки. Имея полный контроль над информацией, считываемой или записываемой в контроллер, производитель машин может ограничить информацию, которую любой оператор может прочитать или изменить, предотвращая возникновение нежелательных условий от возникновения, например, установка слишком высокой уставки до диапазона, который может привести к повреждению продукта или машины.Кроме того, контроллер модули могут быть заменены в горячем режиме. Это позволяет заменять модуль контроллера без отключения питания системы. Модули также может автоматически настраиваться после горячей замены.

Другие характеристики регулятора температуры

Напряжение питания

Обычно существует два варианта напряжения питания для контроллеров температуры: низкое напряжение (24 В переменного / постоянного тока) и высокое напряжение (110–230 В переменного тока).

Размер

Контроллеры бывают нескольких стандартных размеров, которые обозначаются номерами DIN, такими как 1/4 DIN, 1/8 DIN, 1/16 DIN и 1/32 DIN.DIN — это сокращение от примерно переведенного Deutsche Institut fur Normung, немецкой организации по стандартам и измерениям. Для наших целей DIN просто означает, что устройство соответствует общепринятому стандарту размеров панелей.

Сравнение размеров DIN

Размер DIN	1/4	1/8	1/16	1/32
Размер в мм	92 х 92	92 х 45	45 х 45	49 х 25
Размер в дюймах	3.62 х 3,62	3,62 x 1,77	1,77 x 1,77	1,93 х 0,98

Наименьший размер — это 1/32 DIN, который составляет 24 мм × 48 мм, с соответствующим вырезом в панели 22,5 мм × 45 мм. Следующий размер вверху — это 1/16 DIN, размер которого составляет 48 мм × 48 мм с размером выреза в панели 45 мм × 45 мм. 1/8 DIN составляет 48 мм × 96 мм с вырез в панели 45 мм × 92 мм. Наконец, самый большой размер — это 1/4 DIN размером 96 мм × 96 мм с вырезом в панели 92 мм × 92 мм.

Важно отметить, что стандарты DIN не определяют, насколько глубоко контроллер может находиться за панелью. Стандарты учитывайте только размеры передней панели и размеры выреза в панели.

Сертификаты агентств

Желательно, чтобы терморегулятор имел какое-либо одобрение агентства, чтобы гарантировать, что контроллер соответствует требованиям. минимальный набор норм безопасности. Тип разрешения зависит от страны, в которой будет использоваться контроллер.В Наиболее распространенное одобрение, регистрация UL и cUL, применяется ко всем контроллерам, используемым в США и Канаде. Обычно бывает один сертификация требуется для каждой страны.

Для контроллеров, которые используются в странах Европейского Союза, требуется одобрение CE.

Третий тип сертификации — FM. Это относится только к ограничивающим устройствам и контроллерам в США и Канаде.

Класс защиты корпуса на передней панели

Важной характеристикой контроллера является степень защиты передней панели.Эти рейтинги могут быть в форме рейтинга IP или Рейтинг NEMA. Классы IP (защиты от проникновения) применяются ко всем контроллерам и обычно составляют IP65 или выше. Это означает, что из только на передней панели, контроллер полностью защищен от пыли и струй воды под низким давлением со всех сторон с помощью разрешено только ограниченное проникновение. Рейтинги IP используются в США, Канаде и Европе.

Рейтинг контроллера NEMA (Национальная ассоциация производителей электрооборудования) параллелен рейтингу IP.Большинство контроллеров имеют Рейтинг NEMA 4 или 4X, что означает, что они могут использоваться в приложениях, требующих только промывки водой (не масла или растворителей). В «X» в рейтинге NEMA 4X означает, что передняя панель не подвержена коррозии. Рейтинги NEMA используются в основном в США и Канаде.

Что такое регулятор температуры и как он работает?

Q: Что такое регулятор температуры и как он работает?

A: Контроллер температуры — это устройство, которое используется для контроля температуры.Для этого сначала измеряется температура (переменная процесса , ), а затем она сравнивается с желаемым значением ( заданное значение ). Разница между этими значениями называется ошибкой (отклонением). Контроллеры температуры используют эту ошибку, чтобы решить, сколько нагрева или охлаждения требуется, чтобы вернуть температуру процесса к желаемому значению. Как только этот расчет будет завершен, контроллер выдаст выходной сигнал, который влияет на требуемое изменение. Этот выходной сигнал известен как (регулируемое значение ) и обычно подключается к нагревателю, регулирующему клапану, вентилятору или другому «конечному элементу управления», который фактически вводит или отводит тепло из процесса.

Регуляторы температуры образуют одну из четырех частей системы контроля температуры. Чтобы наглядно представить себе это, мы рассмотрим печь. Четыре части будут:

1 Духовка
2. Нагреватель
3. Термометр (или термопара)
4. Контроллер

Роль регулятора температуры заключается в измерении температуры на термопаре, сравнении ее с заданным значением и в вычислении времени, в течение которого нагреватель должен оставаться включенным для поддержания постоянной температуры.

Многие факторы изменяют время, в течение которого нагреватель должен работать, чтобы поддерживать температуру процесса. Например, размер нагревателя, размер духовки, количество изоляции, окружающей духовку, и температура окружающей среды — все это изменяет скорость, с которой духовка будет нагреваться или охлаждаться. Другие факторы, такие как циркуляция воздуха в духовке, влажность воздуха. Масса продукта, помещаемого в духовку, и многое другое подробно описано на сайте http: // newton.ex.ac.uk/teaching/CDHW/Feedback/OvSimForm-gen.html

В конце концов, регулятор температуры заменяет функцию человека, чья должностная инструкция будет выглядеть примерно так: —

Посмотрите на термометр
Поддерживайте стабильную температуру на уровне 80 ° C
Если вам нужно больше тепла, включите обогреватель.

Важным моментом является то, что регулятор температуры имеет один вход, один выход и одну уставку.

Fuji Electric поддерживает свою продукцию по всему миру через крупную торговую сеть.Coulton Instrumentation с гордостью представляет это семейство продуктов в Соединенном Королевстве и Ирландии. Если вам нужна помощь по этому ассортименту продукции или у вас есть более общие вопросы по управлению и КИП, почему бы не отправить нам свои вопросы во флаконе [email protected]?

ОСНОВЫ РЕГУЛЯТОРА ТЕМПЕРАТУРЫ — Электроника длины волны

Источник тока регулятора температуры: Одним из ключевых звеньев регулятора температуры является регулируемый двунаправленный источник тока.Его также можно назвать выходным каскадом. Эта секция отвечает за секцию системы управления путем подачи тока на исполнительный механизм температуры (термоэлектрический или резистивный нагреватель). Направление тока имеет решающее значение для термоэлектриков. На блок-схеме термоэлектрический элемент подключен между двумя выводами на контроллере. Для резистивного нагревателя может потребоваться специальная проводка, чтобы ограничить ток через резистивный нагреватель только в одном направлении.

Система управления : Пользовательские входы включают предельную уставку (в терминах максимального тока, разрешенного для термоэлектрического или резистивного нагревателя) и рабочую уставку.Кроме того, если требуется удаленная уставка, обычно доступен вход удаленной уставки.

• Уставка : это аналоговое напряжение в системе. Его можно создать путем сочетания встроенной регулировки подстроечного резистора и ввода удаленной уставки. В некоторых случаях эти входы суммируются. Некоторые действуют самостоятельно.
• Прецизионный источник тока смещения датчика: Этот источник тока управляет датчиком температуры на известном уровне, делая фактическое напряжение датчика стабильным и точным.Напряжение на датчике определяется законом Ома: V = I * R, где V — напряжение, I — ток, а R — сопротивление датчика. Напряжение ограничено максимумом и минимумом (указанным в таблице данных контроллера температуры). Следует использовать минимально возможный ток, чтобы свести к минимуму эффекты самонагрева. Термистор нагревается при более высоких уровнях тока и ложно сообщает о более высокой температуре.
• Генерация ошибки : Чтобы узнать, как работает система, фактическая температура сравнивается с заданной температурой.Эти два напряжения вычитаются, и результат называется «Ошибка». Выходной сигнал регулируемого источника тока будет изменяться, чтобы сигнал обратной связи по температуре оставался неизменным.
• Система ПИД-регулирования : Преобразует сигнал ошибки в сигнал управления для регулируемого источника тока. Более подробное обсуждение ПИД-регулирования можно найти в Техническом примечании TN-TC01
.
• Ограничительная цепь: Один из способов повредить термоэлектрик — пропустить через него слишком большой ток.В каждом техническом описании привода указывается максимальный рабочий ток. Превышение этого тока приведет к повреждению устройства. Чтобы этого избежать, в терморегулятор включен ограничительный контур. Пользователь определяет максимальную настройку, и выходной ток не должен превышать этот уровень. Большинство цепей ограничения ограничивают ток на максимальном уровне и продолжают работать.
• Функции безопасности : Термоэлектрики и резистивные нагреватели чувствительны к избыточной мощности, но они устойчивы к быстрым изменениям тока или напряжения.Функции безопасности могут включать индикатор состояния «теплового разгона». Температурные пределы — как высокие, так и низкие — также могут быть доступны для включения индикаторов или отключения выходного тока.

Питание : Питание должно подаваться на управляющую электронику и источник тока. Это может быть источник питания постоянного тока (некоторые драйверы используют входы с одним источником питания, другие используют два источника питания) или входной разъем переменного тока и кабель. В некоторых случаях, когда для термоэлектрического или резистивного нагревателя требуется более высокое напряжение, могут быть доступны отдельные входы источника питания постоянного тока для питания управляющей электроники от источника низкого напряжения +5 В и термоэлектрика от источника более высокого напряжения.

В чем разница между прибором, модулем и компонентом?

Обычно цена, набор функций и размер. Прибор обычно имеет переднюю панель с ручками и кнопками для регулировки, а также какой-либо дисплей для отслеживания датчика. Все это можно автоматизировать с помощью компьютерного управления через USB, RS-232, RS-485 или GPIB. Инструмент обычно питается от сети переменного тока, а не от источника постоянного тока. По нашему определению, модуль не включает в себя дисплей или источник питания и имеет минимально необходимые настройки.Для контроля состояния вольтметр измеряет напряжение, а в таблице данных модуля предусмотрена передаточная функция для преобразования напряжения в фактическое сопротивление датчика. В паспорте датчика сопротивление датчика преобразуется в температуру. Некоторые устройства выделяют память для калибровки отклика датчика. Компонент дополнительно урезан, без движущихся частей. Внешние резисторы или конденсаторы задают рабочие параметры. Функции безопасности являются общими для всех трех форм. Обычно модули можно разместить на столе или интегрировать в систему с помощью кабелей.Компоненты монтируются непосредственно на печатную плату (PCB) с помощью выводов для сквозного монтажа или поверхностного монтажа (SMT). Два ряда контактов называются DIP-упаковкой (двухрядный), а один ряд контактов называется SIP-упаковкой (одинарный ряд).

Разнообразные стандартные контроллеры доступны как в приборной, так и в OEM-упаковке. Некоторые производители стирают границы, например, предлагая USB-управление компонентами в качестве мини-инструментов.

Упаковка компонентов и модулей включает надлежащий теплоотвод элементов схемы (или инструкции о том, как устройство должно быть теплоотводом) и обычно включает соответствующие кабели для термоэлектрического элемента, датчика и источника питания.Инструменты включают шнур питания, и доступ пользователя внутрь корпуса не требуется.

Типовая терминология:

Термоэлектрик: Это устройство, состоящее из двух керамических пластин, которые скрепляют металлические соединения двух разнородных металлов. Если ток протекает через соединение разнородных металлов, тепло генерируется с одной стороны, а поглощается с другой. Пропуская ток через термоэлектрик, тепло передается от одной керамической пластины к другой.Направление тока определяет, какая пластина станет «горячей», а какая — «холодной» относительно друг друга. Изменение направления тока немедленно меняет эффект. Контроллер температуры работает, оптимально контролируя величину и направление тока через переход, чтобы поддерживать фиксированную температуру устройства, подключенного к «холодной» стороне. Термоэлектрики можно накладывать друг на друга, чтобы создать более широкий температурный перепад. Их называют многоступенчатыми или каскадными термоэлектриками. Термоэлектрик также может преобразовывать перепад температур в электричество.Это называется эффектом Зеебека. Термоэлектрик также известен как термоэлектрический охладитель, устройство Пельтье или твердотельный тепловой насос.

Q MAX: Спецификация термоэлектрика. Это максимальная мощность, которую он может поглотить холодной пластиной.

Delta T MAX: Спецификация термоэлектрика. Это максимальный перепад температур, который может создать термоэлектрик между своими пластинами. Он указан в IMAX и VMAX и для определенной температуры «горячей» пластины.

I MAX и V MAX: Максимальный ток и напряжение термоэлектрика, соответственно. Не превышайте эти условия эксплуатации.

Резистивный нагреватель: Обычно эти нагреватели гибкие, с резистивным элементом, зажатым между двумя изоляторами. Материалы резистивного элемента и изоляторов сильно различаются в зависимости от области применения. Некоторым требуется питание переменного тока, а не постоянного тока, который вырабатывается обычным контроллером температуры. В резистивном нагревателе при протекании тока в любом направлении выделяется тепло; следовательно, активная функция охлаждения отсутствует.Охлаждение достигается за счет снижения тока до нуля и рассеивания тепла в окружающую среду. Стабильность обычно не так хороша, как у термоэлектриков, за исключением случаев, когда рабочая температура значительно выше температуры окружающей среды.

Температура окружающей среды: Обычно это температура воздуха / условий окружающей среды вокруг нагрузки.

Отключить: Когда выходной ток отключен, все механизмы безопасности обычно устанавливаются на начальное состояние включения, и на термоэлектрик подается только остаточный ток утечки.

DVM: Цифровой вольтметр , измеритель напряжения.

Амперметр: Измеритель, контролирующий ток.

ESD: Электростатический разряд. «Взрыв», который возникает при переходе по ковру и прикосновении к металлической ручке двери, является наиболее распространенным примером электростатического разряда. Лазерные диоды чувствительны к электростатическому разряду. «Взрыва», которого не чувствует человек, по-прежнему достаточно, чтобы повредить лазерный диод. При обращении с лазерным диодом или другим чувствительным к электростатическому разряду электронным оборудованием необходимо соблюдать соответствующие меры предосторожности.

Внутреннее рассеивание мощности: При использовании линейного источника тока часть мощности, передаваемой источником питания, поступает на термоэлектрический или резистивный нагреватель, а часть используется в контроллере температуры. Максимальное внутреннее рассеивание мощности контроллера — это предел, при превышении которого возможно тепловое повреждение внутренних электронных компонентов. Проектирование системы контроля температуры включает выбор напряжения питания. Если источник питания 28 В выбран для управления термоэлектрическим напряжением 6 В, 22 В будет падать на выходной каскад регулятора температуры (или источник тока).Если драйвер работает на 1 А, внутренне рассеиваемая мощность будет V * I или 22 * ​​1 = 22 Вт. Если внутренняя мощность рассеивания составляет 9 Вт, компоненты источника тока будут перегреваться и необратимо повредятся. Wavelength предоставляет онлайн-калькуляторы безопасной рабочей зоны для всех компонентов и модулей, чтобы упростить выбор конструкции.

Соответствие напряжению: Источник тока имеет соответствующее падение напряжения на нем. Соответствующее напряжение — это напряжение источника питания за вычетом этого внутреннего падения напряжения.Это максимальное напряжение, которое может подаваться на термоэлектрический или резистивный нагреватель. Обычно указывается при полном токе.

Предел тока: В технических характеристиках термоэлектрического или резистивного нагревателя максимальный ток указывается при температуре окружающей среды. Выше этого тока устройство может выйти из строя. При более высоких температурах это максимальное значение будет уменьшаться. Current Limit — это максимальный ток, который будет подавать источник тока. Предел тока можно установить ниже максимального термоэлектрического тока и использовать в качестве инструмента для минимизации внутреннего рассеивания мощности терморегулятора.При более высоком пределе тока термоэлектрик будет быстрее передавать больше тепла, поэтому время достижения температуры может быть уменьшено (если система управления оптимизирована, чтобы избежать перерегулирования и звона).

Нагрузка: Для регулятора температуры нагрузка состоит из регулятора температуры (термоэлектрического или резистивного нагревателя) и датчика температуры.

ACTUAL TEMP MON: Это аналоговое напряжение, пропорциональное сопротивлению датчика температуры. Функции перехода к сопротивлению представлены в отдельных технических паспортах контроллеров.Для преобразования сопротивления в температуру используются передаточные функции из таблицы данных датчика. Его также можно назвать монитором ACT T или монитором температуры.

VSET: Это общий термин, используемый для обозначения входного сигнала удаленной уставки. V указывает на сигнал напряжения, в то время как SET указывает его цель: заданное значение системы управления. Его также можно назвать MOD, MOD IN или ANALOG IN.

Каковы типичные характеристики и как их интерпретировать для моего приложения?

В настоящее время каждый производитель проводит собственное тестирование, и стандарта для измерения не существует.После того, как вы определите решение для своего приложения, критически важно протестировать продукт в своем приложении, чтобы проверить его работу. Вот некоторые из определений, которые использует длина волны, и способы интерпретации спецификаций в вашем дизайне.

Входное сопротивление: Указывается для аналоговых входов напряжения, таких как VSET или MOD IN. Он используется для расчета силы тока, которую должен выдавать внешний генератор сигналов. Например, если VSET управляется цифро-аналоговым преобразователем с максимальным напряжением 5 В и входным сопротивлением 20 кОм, цифро-аналоговый преобразователь должен выдавать не менее 5 В / 20000 Ом или 0 Ом.25 мА.

Стабильность: Для регулятора температуры, насколько стабильной может быть система, обычно является критическим параметром. Испытания на длину волны с использованием термисторов, поскольку они обеспечивают максимальное изменение сопротивления на градус C. Испытательная нагрузка также хорошо спроектирована, с датчиком, расположенным рядом с управляемым устройством, и термоэлектрическим датчиком, радиатором надлежащего размера и компонентами, соединенными с помощью высококачественной термопасты минимизировать тепловое сопротивление между ними. Стабильность указывается в градусах Кельвина или Цельсия.Типичная стабильность может достигать 0,001 ° C. Более подробное техническое примечание TN-TC02, описывающее тестирование, доступно в Интернете.

Диапазон рабочих температур: Электроника разработана для правильной работы в указанном диапазоне температур. За пределами минимальной и максимальной температуры может произойти повреждение или измениться поведение. Рабочий диапазон, который указывает длина волны, связан со спецификацией максимального внутреннего рассеивания мощности. Выше определенной температуры окружающей среды (обычно 35 ° C или 50 ° C) максимальное внутреннее рассеивание мощности снижается до нуля при максимальной рабочей температуре.

Диапазон рабочего напряжения: В некоторых регуляторах температуры можно использовать два напряжения питания — одно для питания управляющей электроники (VDD), а второе для обеспечения более высокого напряжения согласования для термоэлектрического или резистивного нагревателя (VS). Обычно управляющая электроника работает при более низких напряжениях: от 3,3 до 5,5 В. Превышение этого напряжения может повредить элементы в секциях управления или питания. Источник тока (или выходной каскад) разработан для более высоких напряжений (например, 30 В для контроллеров температуры семейства PTC).Эту спецификацию необходимо рассматривать в сочетании с приводным током и мощностью, подаваемой на нагрузку, чтобы гарантировать, что конструкция не превышает спецификацию максимального внутреннего рассеивания мощности. Например, PTC5K-CH рассчитан на работу до 5 А и может принимать входное напряжение 30 В. Максимальная внутренняя рассеиваемая мощность составляет 60 Вт. Если 28 В используется для питания термоэлектрика, который падает на 4 В, 24 В будет падать на PTC5K-CH. При 24 В максимальный ток в пределах безопасного рабочего диапазона составляет менее 60/24 или 2.5 ампер. Использование большего значения тока приведет к перегреву компонентов выходного каскада и необратимому повреждению контроллера. Максимальные характеристики тока и напряжения связаны, а не достижимы независимо.

Монитор в сравнении с фактической погрешностью: Сигнал ACT T MON представляет собой аналоговое напряжение, пропорциональное сопротивлению датчика. Точность фактического сопротивления по отношению к измеренным значениям указывается в отдельных технических паспортах драйвера. Для обеспечения этой точности в длине волны используется откалиброванное оборудование, отслеживаемое NIST.

Отдельное заземление монитора и питания: Одно заземление высокой мощности предназначено для подключения к источнику питания на любом контроллере температуры. Несколько слаботочных заземлений расположены среди сигналов монитора, чтобы минимизировать смещения и неточности. Несмотря на то, что заземления с высоким и низким током связаны внутри, для достижения наилучших результатов используйте заземление с низким током с любым монитором.

Линейные или импульсные блоки питания для компонентов и модулей: Линейные блоки питания относительно неэффективны и имеют большие размеры по сравнению с импульсными блоками питания.Однако они малошумные. Если шум критичен для вашей системы, вы можете попробовать импульсный источник питания, чтобы увидеть, влияет ли частота переключения на производительность в любом месте системы.

Thermal Runaway: Если термоэлектрик отводит тепло от устройства (охлаждает его до температуры ниже окружающей), это тепло должно отводиться из системы. Дополнительное тепло из-за неэффективности термоэлектрика также должно рассеиваться. Если конструкция радиатора подходящая, удаляется достаточно тепла, чтобы устройство могло работать при температуре ниже окружающей среды.Однако, если конструкция является предельной, тепло остается в нагрузке, а температура датчика повышается вместо того, чтобы оставаться на желаемой температуре. Система управления реагирует, пропуская больше охлаждающего тока через термоэлектрик. Это приводит к увеличению количества тепла, выделяемого нагрузкой, и продолжающемуся повышению температуры датчика. Это называется «тепловым разгоном». Температура системы не контролируется, но определяется недостаточным отводом тепла в окружающую среду.

Wavelength разрабатывает регуляторы температуры и производит их на предприятии в Бозмане, штат Монтана, США.Чтобы просмотреть список текущих вариантов регуляторов температуры, щелкните здесь.

Полезных сайтов:

Что такое термоэлектрик?

Что такое термистор?

Внешние ссылки предназначены для справочных целей. Wavelength Electronics не несет ответственности за содержание внешних сайтов.

ПИД-регуляторы

— Регуляторы температуры

Какие бывают типы контроллеров и как они работают?

Существует три основных типа контроллеров: двухпозиционные, пропорциональные и ПИД-регуляторы.В зависимости от управляемой системы оператор сможет использовать тот или иной тип для управления процессом.

Включение / выключение

Двухпозиционный контроллер — это простейшая форма устройства контроля температуры. Выход из устройства либо включен, либо выключен, без среднего состояния. Двухпозиционный контроллер переключает выход только тогда, когда температура пересекает заданное значение. Для управления нагревом выход включен, когда температура ниже заданного значения, и выключен выше заданного значения.Поскольку температура пересекает заданное значение, чтобы изменить состояние выхода, температура процесса будет постоянно меняться, переходя от нижнего заданного значения к верхнему и обратно ниже. В случаях, когда этот цикл происходит быстро и для предотвращения повреждения контакторов и клапанов, к операциям контроллера добавляется дифференциал включения-выключения или «гистерезис». Этот дифференциал требует, чтобы температура превышала заданное значение на определенную величину, прежде чем выход выключится или снова включится. Дифференциал включения-выключения предотвращает «дребезг» на выходе или быстрое постоянное переключение, если циклическое переключение выше и ниже уставки происходит очень быстро.Двухпозиционное управление обычно используется там, где нет необходимости в точном управлении, в системах, которые не могут справиться с частым включением и выключением энергии, где масса системы настолько велика, что температура изменяется очень медленно, или для температурной сигнализации. Один особый тип двухпозиционного управления, используемый для сигнализации, — это ограничительный контроллер. В этом контроллере используется фиксирующее реле, которое необходимо вручную сбросить, и которое используется для остановки процесса при достижении определенной температуры.

Пропорциональное управление

Пропорциональные регуляторы предназначены для исключения цикличности, связанной с двухпозиционным управлением.Пропорциональный контроллер снижает среднюю мощность, подаваемую на нагреватель, по мере приближения температуры к заданному значению. Это приводит к замедлению работы нагревателя, чтобы он не превышал заданное значение, но приближался к заданному значению и поддерживал стабильную температуру. Это действие дозирования может быть выполнено путем включения и выключения выхода на короткие промежутки времени. Это «пропорциональное время» изменяет отношение времени «включения» к времени «выключения» для контроля температуры. Действие дозирования происходит в «зоне пропорциональности» вокруг заданной температуры.За пределами этого диапазона контроллер функционирует как двухпозиционный блок, при этом выход либо полностью включен (ниже диапазона), либо полностью выключен (выше диапазона). Однако в пределах диапазона выход включается и выключается пропорционально разнице измерения от заданного значения. При заданном значении (средняя точка диапазона пропорциональности) соотношение включения / выключения выхода составляет 1: 1; то есть время включения и выключения равны. если температура дальше от заданного значения, время включения и выключения изменяется пропорционально разнице температур.Если температура ниже уставки, выход будет работать дольше; если температура будет слишком высокой, выход будет отключен дольше.

ПИД-регулирование

Третий тип регулятора обеспечивает пропорциональное с интегральным и производным регулированием или ПИД-регулирование. Этот контроллер сочетает в себе пропорциональное управление с двумя дополнительными регулировками, что помогает устройству автоматически компенсировать изменения в системе. Эти корректировки, интегральные и производные, выражаются в единицах измерения, основанных на времени; они также обозначаются их обратными значениями, СБРОС и СТАВКА, соответственно.Пропорциональные, интегральные и производные члены должны индивидуально корректироваться или «настраиваться» на конкретную систему методом проб и ошибок. Он обеспечивает наиболее точное и стабильное управление из трех типов контроллеров и лучше всего используется в системах с относительно небольшой массой, которые быстро реагируют на изменения энергии, добавляемой к процессу. Его рекомендуется использовать в системах, где нагрузка часто изменяется, и ожидается, что контроллер будет автоматически выполнять компенсацию из-за частых изменений уставки, количества доступной энергии или массы, которую необходимо контролировать.OMEGA предлагает ряд контроллеров, которые настраиваются автоматически. Они известны как контроллеры автонастройки.

Стандартные размеры

Поскольку регуляторы температуры обычно устанавливаются внутри приборной панели, панель необходимо обрезать, чтобы приспособить регулятор температуры. Чтобы обеспечить взаимозаменяемость между контроллерами температуры, большинство контроллеров температуры разработаны в соответствии со стандартными размерами DIN. Наиболее распространенные размеры DIN показаны ниже.

Что такое ПИД-регулятор температуры?

ПИД-регулирование температуры — это функция контура регулирования, которая присутствует в большинстве контроллеров процесса и предназначена для повышения точности процесса. ПИД-регуляторы температуры работают с использованием формулы для расчета разницы между желаемой уставкой температуры и текущей температурой процесса, а затем прогнозируют, сколько энергии нужно использовать в последующих циклах процесса, чтобы гарантировать, что температура процесса остается как можно ближе к уставке, исключая влияние изменения технологической среды.

ПИД-регуляторы температуры отличаются от регуляторов температуры включения / выключения, в которых 100% мощность подается до достижения заданного значения, после чего мощность снижается до 0% до тех пор, пока температура процесса снова не упадет ниже заданного значения. Это приводит к регулярным перерегулированиям и задержкам, которые могут повлиять на общее качество продукта.

Регуляторы температуры с ПИД-регулятором более эффективны при устранении нарушений технологического процесса, которые могут казаться столь же безобидными, как открытие дверцы духовки, но изменение температуры может затем повлиять на качество конечного продукта.Если ПИД-регулятор температуры настроен правильно, он компенсирует возмущение и вернет температуру технологического процесса к заданному значению, но снизит мощность по мере приближения температуры к заданному значению, чтобы не допустить превышения и риска повреждения продукта слишком большим нагревом.

P, I & D

ПИД-регулирование относится к «оптимальной» категории теории управления, которая определяет, что определенная переменная процесса достигается оптимальным образом. Для ПИД-регулятора температуры оптимальной переменной является поддержание температуры процесса на заданном уровне в течение желаемого периода времени, избегая каких-либо серьезных изменений в результате запаздывания, перерегулирования или возмущений.

Три элемента алгоритма PID — это пропорциональный, интегральный и производный. Каждый из этих элементов относится к отклонению температуры процесса от заданного значения за период времени.

• Пропорционально — разница между заданным значением и текущей температурой процесса
• Integral — предыдущее отклонение от уставки
• Производная — прогнозируемая будущая дисперсия на основе предыдущей и текущей дисперсии

Эти отклонения во времени затем рассчитываются с использованием формулы ПИД либо вручную инженером, либо автоматически контроллером температуры, и в результате получается, сколько мощности необходимо приложить к процессу, чтобы поддерживать температуру на заданном уровне.

История ПИД-регуляторов температуры

Устройства механической обратной связи используются с конца 18-го, 90-го, 90-го, 90-го века, в виде регуляторов. Они были ограничены только одним или двумя элементами из пропорционального, интегрального или производного и изначально предназначались для поддержания постоянной рабочей скорости в паровых двигателях, которые использовались для привода заводского оборудования.

Первый полный ПИД-регулятор был разработан в 1911 году Элмером Сперри для ВМС США для автоматизации управления кораблем.Сперри разработал свою систему, чтобы подражать поведению рулевых, которые были способны компенсировать постоянную дисперсию, а также предвидеть, как дисперсия изменится в будущем.

Впоследствии, в 1922 году, инженер Николас Минорский опубликовал первый теоретический анализ ПИД-регулирования, аналогично основанный на наблюдениях за способностью рулевого адаптироваться к меняющимся условиям. Минорский передал способность рулевого адаптироваться к изменяющимся условиям в виде математической формулы, которая легла в основу современного ПИД-регулирования.

Ссылка: Разработка ПИД-регулятора — Стюарт Беннетт

Различные методы настройки ПИД-регуляторов

Существует два основных способа настройки регулятора температуры с помощью значений ПИД.

1. Инженер вручную определяет переменные P, I и D и уровень мощности, необходимый в процессе для поддержания заданного значения.
2. Путем ввода целевых значений и использования функции самонастройки контроллер температуры автоматически вычисляет PID для непосредственного управления процессом.

В любом случае формула ПИД-регулирования обеспечивает уровень мощности, применяемый в процессе для поддержания заданного значения, которое либо вводится инженером, либо устанавливается самим ПИД-регулятором.

Чтобы узнать больше о настройке ПИД-регулятора температуры, прочитайте запись в нашем блоге «Что такое настройка ПИД-регулятора и как она работает?».

Какой ПИД-регулятор температуры?

Настройка контура ПИД-регулирования используется в различных контроллерах температуры и для различного количества контуров.Самая простая настройка — один регулятор температуры для расчета ПИД-регулирования и управления одним процессом.

В медицинском чистящем оборудовании часто используется одноконтурный ПИД-регулятор температуры, чтобы гарантировать, что процесс протекает при нужной температуре в течение достаточно длительного времени для надлежащей стерилизации инструментов. Датчик температуры будет измерять температуру внутри стерилизационного резервуара, которую затем интерпретирует ПИД-регулятор температуры и использует для увеличения или уменьшения мощности, подаваемой на нагревательный элемент.

Более сложная настройка ПИД-регулятора температуры — это многопетлевой, в которой один регулятор температуры управляет несколькими процессами одновременно. Однако каждый процесс является дискретным и поэтому работает в отдельных циклах, поэтому нарушение одного процесса не повлияет на другой. Например, в пекарне может быть несколько печей, работающих с одним и тем же заданным значением, но не влияющих друг на друга, которые будут управляться многопоточным ПИД-регулятором температуры.

ПИД-регуляторы с контурами каскадного управления

Некоторые ПИД-регуляторы температуры имеют расширенные возможности, которые позволяют им управлять несколькими контурами, которые связаны друг с другом, вместо того, чтобы каждый контур работал незаметно под центральным управлением.

Каскадное управление — это когда два контура управления работают по отношению друг к другу в форме первичного и вторичного контуров. Первичный контур управляет основным элементом нагреваемого процесса, однако у него нет прямого нагревательного элемента, работающего на нем. Вместо этого есть вторичный элемент, который часто представляет собой рубашку вокруг первого и управляется нагревательным элементом. ПИД-регулятор измеряет как первичный, так и вторичный контуры и регулирует уровень мощности, влияющий на тепло вторичного элемента, так что он, в свою очередь, нагревает первичный элемент до заданного значения.

Настройка ПИД-регулятора в каскадных контурах важна, поскольку в противном случае может произойти чрезмерное перерегулирование, ожидающее, пока первичный элемент достигнет заданного значения. ПИД-регулятор снижает мощность, когда температура приближается к заданному значению, чтобы соответствовать, а затем поддерживать заданное значение. Знакомый пример — плавление шоколада, при котором, если шоколад подвергается непосредственному воздействию тепла, он может загореться, но его можно растопить в миске над горячей водой. Шоколад является первичным контуром, нежным веществом, которое в конечном итоге необходимо нагреть, а чаша с водой — вторичным контуром, промежуточным звеном между подачей тепла и первичным контуром.Каскадные петли работают по тому же принципу, но в гораздо большем масштабе и с точным контролем температуры.

T o Чтобы узнать больше о каскадном регулировании и ПИД-регуляторах температуры, прочтите нашу запись в блоге «Как работает каскадное регулирование?» и наш бесплатный технический документ «Повышение качества процесса с помощью каскадного управления»

ПИД-регулирование температуры в нескольких зонах

Многоконтурные ПИД-регуляторы температуры

также полезны для управления многозонными процессами, в которых необходимо управлять одним процессом, но нагревательный элемент настолько велик, что могут возникать расхождения температур между одной областью и другой.

Например, в промышленной духовке с шестью различными нагревательными элементами температура должна быть одинаковой по всей духовке, но разные элементы могут вызывать повышение температуры в одних областях, чем в других. Поскольку для процесса требуется однородная температура, решение состоит в использовании многопетлевого ПИД-регулятора температуры для управления всеми шестью нагревательными элементами, так что фактически одновременно работают шесть контуров управления. Затем ПИД-регулятор может регулировать мощность каждого нагревательного элемента индивидуально, чтобы поддерживать заданное значение во всех зонах нагрева в духовке.

West Control Solutions предлагает широкий ассортимент ПИД-регуляторов температуры различных уровней, устанавливаемых на DIN-панель, для удовлетворения любых требований промышленных процессов; см. Наш полный ассортимент цифровых ПИД-регуляторов.

Регулятор температуры

— обзор

(a)

Регулятор температуры на базе ректификационной колонны вышел из строя в 5 часов утра и провел прямую линию. Этого замечено не было.В течение следующих семи часов следующие показания были ненормальными:

1.

Температура шести лотков (одна поднялась с 145 ° C [293 ° F] до 255 ° C [490 ° F])

2.

Уровень в основании неподвижного (низкий)

3.

Уровень в обратном барабане (высокий)

4.

Скорость отрыва от обратного барабана (высокая)

Большая часть эти параметры записывались на панель. Оператор все записал в протокол.

Наконец, в 12 часов дня емкость рефлюкса переполнилась, и произошла утечка легковоспламеняющегося масла. С 7 часов утра стажер выполнял функции оператора, но присутствовал ведущий оператор, и мастер время от времени посещал диспетчерскую.

(b)

Раздел 2.5a описывает, как резервуар для хранения сжиженного этилена низкого давления разделился, когда вентиляционная труба забилась льдом. За 11 часов до того, как произошло разделение, манометрическое давление в резервуаре было 2 фунта на квадратный дюйм (0.13 бар). Это давление было выше заданного значения предохранительного клапана (манометрическое давление 1,5 фунта на квадратный дюйм или 0,1 бар) и являлось показанием манометра на полной шкале. Операторы занесли это показание в протокол, но не предприняли никаких других действий и даже не привлекли к нему внимание мастеров или менеджеров, когда они посещали диспетчерскую [2]. В разделе 8.1.6 описывается похожий инцидент.

(c)

Узел регулятора и ограждение паровой машины распались с громким грохотом, разбросав биты по полу.К счастью, никто не пострадал. Затем было обнаружено, что манометрическое давление смазочного масла составляло всего 8 фунтов на квадратный дюйм (0,5 бара) вместо 25 фунтов на квадратный дюйм (1,7 бар) в течение как минимум «нескольких месяцев». В этом случае давление в протоколе не записывалось.

(d)

Измеритель уровня и сигнализация на питающем резервуаре вышли из строя, поэтому резервуар опускали вручную каждую смену. Когда завод остановили, операторы перестали окунать цистерну. Завод, который поставлял корма, не остановили.Он продолжал подавать корм в кормовой резервуар до тех пор, пока он не переполнился. В этом случае показания не игнорировались, а просто не снимались. В инвентарных ведомостях были обнаружены ошибки, и в баке их оказалось больше, чем ожидалось. Однако, если бы операторы продолжали погружать резервуар каждую смену, ошибка была бы обнаружена до того, как резервуар переполнился.

Как работают ПИД-регуляторы | Принцип работы ПИД-регулятора

Пропорционально-интегрально-производный (ПИД) регулятор может использоваться как средство управления температурой, давлением, расходом и другими параметрами процесса.Как следует из названия, ПИД-регулятор сочетает в себе пропорциональное управление с дополнительными интегральными и производными регулировками, которые помогают устройству автоматически компенсировать изменения в системе.

Основы ПИД-регулятора

Назначение ПИД-регулятора — заставить обратную связь соответствовать заданному значению, например термостату, который заставляет блок нагрева и охлаждения включаться или выключаться в зависимости от заданной температуры.ПИД-регуляторы лучше всего использовать в системах, которые имеют относительно небольшую массу и быстро реагируют на изменения энергии, добавляемой к процессу. Его рекомендуется использовать в системах, где нагрузка часто изменяется, и ожидается, что контроллер будет автоматически выполнять компенсацию из-за частых изменений уставки, количества доступной энергии или массы, которую необходимо контролировать.

Принцип работы ПИД-регулятора

Принцип работы ПИД-регулятора заключается в том, что пропорциональные, интегральные и производные члены должны индивидуально регулироваться или «настраиваться».«На основе разницы между этими значениями вычисляется поправочный коэффициент, который применяется к входным данным. Например, если духовка холоднее, чем требуется, нагрев будет увеличиваться. Вот три шага:

1. Пропорциональная настройка
   включает корректировку цели пропорционально разнице. Таким образом, целевое значение никогда не достигается, потому что, когда разница приближается к нулю, то же самое и применяемая коррекция.
2. Интегральная настройка
   пытается исправить это, эффективно суммируя ошибку, полученную в результате действия «P», для увеличения поправочного коэффициента. Например, если температура в духовке остается ниже температуры, «I» будет действовать для увеличения напора. Однако вместо того, чтобы останавливать нагрев при достижении цели, «I» пытается снизить совокупную ошибку до нуля, что приводит к перерегулированию.
3. Производная настройка
   пытается минимизировать это перерегулирование путем снижения поправочного коэффициента, применяемого по мере приближения к цели.

Принцип работы ПИД-регулятора температуры

Пропорционально-интегрально-производный (ПИД) регулятор может использоваться как средство управления температурой, давлением, расходом и другими параметрами процесса.